CN1423861A - 高可靠的电力线通信系统 - Google Patents

Abstract

电力线通信系统(20)结合配电系统运行,通过房屋配电线路(28)提供在被电耦合到房屋配电线路的或位于房屋配电线路附近的接收设备(26,32,40,46,68,112)之间的高可靠的通信链路。电力线收发信机(22,30,34)被设计成通过房屋配电线路发送和接收在通信链路上的输送信息的调制载波信号。电力线收发信机运行在发射机模式作为有意的辐射器,以通过在一个频带和以足够的功率电平发送调制载波信号而发送所述信号,所述功率电平足以通过电导形成与调制载波信号接收设备的通信链路。

Description

高可靠的电力线通信系统

                      技术领域

本发明涉及电力线通信系统，具体地，涉及这样的系统，它通过房屋配电线路提供在被耦合到或位于靠近房屋配电线路的信号接收设备之间的高可靠的通信链路。

                      发明背景

已成功地建立低成本消费者电力线通信设备许多年的两个主要公司是X-10和Phonex(凤凰)。X-10产品是对于通过电力线的、用于控制应用的低带宽通信的、当前的工业标准。

X-10技术被引入满足低带宽要求的、很宽范围的产品，但X-10产品很不可靠。事实上，可靠度是不够的，这样，X-10技术不应当实施于生命安全装置中，如烟雾检测器，并且X-10技术通常被归入发光控制应用。Phonex技术被引入电话分机和调制解调器分机装置，它具有比起对于控制和报警通信所需要更高的带宽。然而，当需要传送安全或火警消息时，需要更高的可靠性。所以，对于在家庭和办公室中通过配电线路的控制、报警、和短消息数据的通信，所需要的是高可靠性的、低带宽电力线通信技术。

                      发明概要

本发明是用新颖的电力线收发信机实施的、高可靠的电力线通信系统。本发明可被结合到报警和控制系统，消息传递系统，和家庭服务器音乐系统。把RF电桥和双向RF通信加到电力线通信上，使得电力线能够作为天线使用。

本发明呈现以下的、克服被使用于低带宽的控制和报警应用的现有产品的问题的性质：为了高得多的可靠度的好得多的信号噪声比；在紧急报警条件下，信号可以跨越线路割断处进行耦合；信号可以跨越相线进行耦合，这样，不需要相位电桥；可提供很大数目的设备地址和消息类型；即使在AC电源完全丢失以后仍继续通信；全双向通信协议引入检错；以及对于高的可靠性的所有报警和控制信息的认可。

由本发明提供的这些改进是通过下面概述的六个创新完成的。

第一个创新需要使用2-40MHz之间频带的信号的发送，而不依赖于AC过零交叉进行通信。更高的频带(2-40MHz)的使用比起由X-10产品使用的波特率允许更快速的通信波特率以及允许更大量的设备地址和消息类型。不依赖于AC过零交叉，连同在生命安全和保密设备中的备用电池的使用，允许即使在AC电源完全损耗以后仍继续通信。

第二个创新是作为“有意的(intentional)辐射器”在联邦通信委员会(FCC)第15部分下得到按规章的批准。在此之前，电力线通信设备从未这样地被列出。然而，在生命安全设备的情形下，诸如烟雾检测器或安全报警设备，重要的是即使配电线路中断或有意被割断时，能够确保通信。把设备列为有意的辐射器，比起被列为非有意的辐射器的设备，允许高10-1000倍的发射功率。这个更高的功率，连同更高的频率，也使得信号能够容易地跨越相位和跨越中断的或割断的线路进行耦合。

第三个创新需要在FCC规定下的以下任何频带的使用：13.553-13.567MHz，26.96-27.28MHz，和40.66-40.70MHz，用于需要极高的可靠度的低带宽的通信，诸如用于生命安全和安全报警和控制应用；以及用于高带宽的通信的1.705-10MHz，其中带宽是中心频率的10％或更多，需要良好的可靠度。这些频带是FCC由于作为有意的辐射器的列出而允许进行较高功率发射的在2-40MHz区域中唯一的频带。(当然，术语低带宽和高带宽是相对的术语。频带的带宽是由在频带的低的频率与高的频率之间的差值限制的。所以，13.553-13.567MHz频带被限制为14kHz，或中心频率的1％左右。)

第四个创新需要在两条配电线路之间而不是在一条电力线与地之间的通信的耦合。在此之前，电力线通信设备显然还没有以这种配置被销售。这减少大量带有地的固有的问题，以及满足FCC对有意的辐射器的进行发射的限制准则。

第五个创新需要附加上RF信号电桥和双向RF信号通信，通过使用配电线路作为天线，从配电线路发射信号。

第六个创新需要RF信号电桥的使用，以实施在用电池运行的设备之间的双向通信。

通过参照附图对本发明进行的以下详细说明，将明白本发明的附加目的和优点。

                      附图简述

图1是按照本发明设计的低数据带宽的电力线收发信机的优选实施例的电路示意图。

图2是显示用图1的收发信机实施的、和由通信链路通过房屋配电线路互联的、不同类型的低数据带宽报警和控制产品的示意图。

图3是显示分布在住房中的多个烟雾检测器和由电力线通信链路通过使用房屋配电线路进行的数据通信的示意图。

图4是显示在图3所示类型的消防系统中用于多种结构或跨越变压器通信的RF信号电桥的使用的示意图。

图5是显示安装在同一个房屋中的恒温器与安全系统之间的RF信号电桥的使用的示意图。

图6是在主-从响应命令结构中实施的传感/应答系统的示意图。

图7是按照现有技术的、图6所示的主单元和应答从属装置实行的处理步骤的流程图。

图8是按照本发明的、图6所示的主单元和应答从属装置实行的处理步骤的流程图。

图9是被建立在多-房间设施中的数字投币式自动点唱机的示意图。

                  优选实施例详细描述

收发信机电路

图1是低数据带宽的电力线收发信机的优选实施例的电路示意图，收发信机包括多个被设计成保持低成本而同时能够进行高可靠的通信的特性。例如，收发信机使用一个被调谐到13.56MHz的频率控制晶体，它产生AM调制发送信号。以下是在灯模块(被称为对话LC灯模块)中实施的电路运行的全部说明。

对话LC灯模块包含六个基本电路，被组合成提供以下的功能：逻辑和接收机电源，发射机电源，接收机，微处理器，灯功率控制，以及发射机。

逻辑和接收机电源

逻辑和接收机电源把5伏电源传递到逻辑、控制、接收机和发射机振荡器-缓存器电路。120伏AC电源通过串联的无极性电容C1，齐纳二极管D16和D17的组合，被减小为10伏方波。脉动的AC被传送通过二极管D2，然后被C4滤波，结果的负的DC电压被加到由Q4，R15和D6形成的串联调整器。这个调整器的输出是电源的负端电压，标记为V1-。微处理器、发射机逻辑和接收机电路被连接在COM(由串联调整器提供的5伏的正端)与V1-之间。

发射机电源

发射机电源提供正的20伏给发射机输出级。120伏AC电源通过串联的无极性电容C41和齐纳二极管D3的组合被减小为20伏方波。脉动的AC被传送通过二极管D1，然后被C3滤波，结果的正的DC电压提供由T1、L2和相关的电容形成的射频输出电路被加到Q1和Q6的集电极。发射机输出晶体管运行在C类，这意味着它们不提取电流，除非驱动电流从发射机振荡器-缓存器集成电路U1流到它们的基极。正常的发射机运行是持续约0.025秒的短的突发能量。这些短的突发使得C3上的电压下降小于10％。因此，通过串联电容C41和二极管D1只提供低的充电电流流入C3。这减小对于C41的尺寸要求和电路的静态功率消耗。

接收机

接收机包括输入频率选择性带通滤波器，晶体管增益级Q2，后面跟随由D13和D14形成的旁路二极管限幅器，集成电路限幅器/放大器U2，和晶体管放大器Q3。输入带通滤波器限制来自带外信号的干扰的可能性，以及减小传送通过接收机的周围的噪声量。RF放大器级给总的接收机加上增益。接收机结构是TRF(调谐射频)电路。这对于具有这种总的容量的接收机提供最大的简单性和最小的部件数。集成电路限幅器-放大器是为FM接收机使用设计的器件，具有90dB的限幅增益。限幅器-放大器的输出之一是RSSI(接收信号强度指示器)信号。这个信号通常被使用来提供信号强度指示给接收机用户，以及提供加到FM广播接收机的立体声/单声道选择电路的输入。在这种情形下，RSSI信号被用作为包络检波器，因为它提供被系统使用来进行数据通信的CW(连续波)信号的忠实的再现。限幅二极管D13和D14需要用来提高接收机的动态范围处理能力。没有限幅二极管，会出现严重的脉冲失真，特别是在高电平输入信号时。

微处理器

微处理器U3接收来自接收机的重建的数据输出脉冲，以及把它们的数据表示变换成用于模块的功能性命令。除了通信握手和协议处理以外，微处理器U3还响应于接收的命令，控制三端双向可控硅开关元件Q5，它把AC功率传送到插入在插座J2中的灯上。微处理器U3监视被传送到模块的AC电压以及在三端双向可控硅开关元件Q5上的AC电压。输入的AC电压被高数值的电阻减小，以及被二极管D9和D12限制到逻辑电平。结果的信号把进入的AC电压波过零交叉的时间提供给处理器。微处理器根据过零交叉定时通断三端双向可控硅开关元件Q5，因此三端双向可控硅开关元件Q5可控制外部的灯的亮度。

灯功率控制

灯功率控制是通过控制三端双向可控硅开关元件Q5的导通角而达到的。当三端双向可控硅开关元件Q5在AC波的全部导通周期内被接通时，外部的灯以全部亮度被接通。较短的导通时间相应地减小灯的亮度。被存储在微处理器控制器中的数值确定离散的导通角，这样，三端双向可控硅开关元件Q5可以以固定的电平被接通。因此，可以发出命令设定三端双向可控硅开关元件Q5的接通时间，达到特定的亮度水平。通过快速接通三端双向可控硅开关元件Q5有可能造成的陡峭的导通角是通过与提供给外部的灯的AC电压串联的电感L1衰减的。

发射机

发射机包括：晶体控制振荡器，它包括调谐到3.56MHz的晶体X1，逻辑门U1A，和相关的分立元件；由逻辑门U1B、U1C和U1D形成的发射机缓冲器；以及由Q1和Q6组成的发射机输出级。发射机输出频率的振荡由发射机振荡器电路产生，被附加的逻辑门U1B、U1C和U1D缓冲，并且被电容耦合到Q1和Q6的基极。具有数据形式的信息由微处理器U3提供，它用逻辑高电平信号接通所有的逻辑门U1A-U1D的运行。当微处理器U3发送逻辑电平低信号到逻辑门U1A-U1D时，所有的振荡都停止，没有信号传送到Q1和Q6，把它们完全关断。对于这个系统不需要复杂的发射机/接收机开关，因为发射机在接收机运行期间没有加载接收机的输入，以及接收机代表加到发送的输出信号上的非常轻的负荷。发射机输出标称值是1瓦，它对于通过配电线路通信的设备来说是很大的，但也是足够低的，不致于有害地影响接收机或它的输入电路。

用收发信机实施的创新的应用

实施的电力线通信收发信机设计使得能够创建新的、低成本的产品，它提供对于现有的技术的改进的性能。这些产品属于四种不同的产品类别：低数据带宽的报警和控制产品，使用电力线通信的消防系统，使用电力线通信的消息传递产品，以及通过配电线的家庭服务器音乐系统。下面分开地描述每种产品。

低数据带宽的报警和控制产品

低数据带宽的报警和控制产品可以用图1所示的相同的基本收发信机设计来实施，以及这些产品是上面具体地参照被称为对话LC-灯模块的灯模块描述的。它们使用特定的低带宽频带(13.553-13.567MHz，26.96-27.28MHz，和40.66-40.70MHz)和共同整体协议。所以，它们能够互动和同时工作在一个系统中，虽然它们的功能可以很大地改变。这组产品包括四种基本产品类型：照明和电控制设备，烟雾检测器或有害气体传感器，报警和安全传感器，以及电气设备监视。照明和电控制设备包括灯模块，可以接通或关断灯，或如果想要的话使得它们暗淡；可以接通或关断电器的器具模块；灯泡插座模块，可以接通或关断灯，或如果想要的话使得它们暗淡；以及控制装置，被使用来启动或控制照明的和电的器具。

图2是显示通过电力线通信(PLC)互联的四种基本产品的示意图。这些产品来源于结合收发信机设计参照图1讨论的创新，以及包括对于这些产品的控制和监管的增加的可靠性。

参照图2，电力线通信系统20使得器具模块22能够感知器具26从配电线路28上去除或断开连接，并把它传送到系统域控制器24。这可以由被构建在器具模块22中的阻抗传感电路完成，当器具26被去除时，该传感电路使得器具模块22能够告知一个告警或提醒。代表对话LC灯模块的灯模块30，可以控制灯32的灯泡的亮度。

灯泡插座模块34包括输入连接器，它允许组合运动/日光传感器的外部连接。当感知运动时，当黎明或黄昏到达时，或只在黄昏以后和黎明之前感知运动时的组合中，诸如室外应用，这个加上的传感器使得插座模块34能够接通和关断灯光。插座模块34也通过电力线配电线路28发出运动或日光传感器提醒消息，以便传送到其它装置，诸如其它光开关或报警系统36。

器具模块22或其它这样的设备控制模块可任选地包括红外收发信机，用于传送到TV(电视机)，VCR(录像机)，立体声音响或其它遥控设备。当报警系统34在“离开”模式下已作好准备时，报警系统36可以自动地启动这样的设备，模仿“在家中”的活动，或在消防报警的情形下可以使得音频或声音系统静音。它们也可被使用来接收来自手持遥控器的信号，以便接通和关断光的或电的器具。

设备模块并不需要拇指轮开关或双列直插式开关用于地址选择，因为当模块被登记到系统时，它们可包括预先分配的地址或由系统域控制器24自动分配的一个或多个地址。在1999年10月6日提交的、国际专利申请No.PCT/US 99/23386中描述了一种用于把模块登记到系统的一种技术。

在器具与光控制模块22，30和34之间的全双向通信链路允许使用简单的LED(发光二极管)显示器来表示那些光和器具的状态。因此，当接通或关断在后院或分离的车库中的灯光时，人们可以容易地看到，灯光已通过位于开关上的LED被接通或关断。如果运动检测器被例如连接到某些灯模块30，则这个显示器可显示那些灯何时被接通或关断。

烟雾检测器40和有害气体传感器(未示出)是生命安全产品，它需要运行在可靠的通信系统中。正如在本发明的背景段落中指出的，当前的X-10产品不能可靠地用作为生命安全产品工作，因为很差的可靠性，在失去AC功率后通信运行中断。本发明的收发信机不取决于AC过零交叉，以及使用高得多的频率，以允许在存在AC非零电压时，或在完全丢失AC电压期间使用备份电池时进行通信。

包括热检测器的烟雾检测器可发送热信息到恒温控制设备，提供建筑物内的热信息，以及当温度降低到结冰或更低时，发送报警到系统域系统24中的监视站。

警报报告和安全传感器包括拨号器42，和具有电力线通信能力的调制解调器，以及接口模块44，以允许来自报警控制板24的输出消息控制电力线设备22，28，和30，以及允许传感器发送输入消息到报警控制板24。还包括有警笛46和其它报警器，诸如话音报警器，它可以通过电力线28发信令表示报警条件，以及安全传感器，诸如运动传感器，它可以借助于电力线28来传送报警消息到报警控制板24。

在这种产品类型中包括有三个附加创新，它们起源于这一特性：在电话线丢失或线路断开问题中，拨号器或调制解调器模块能够传送到具有类似的系统的邻居的房屋。第一个创新涉及到与关闭同一个变压器的设备的通信。因为作为有意的辐射器运行的收发信机能够发射多得多的功率，所以它们能够与关闭同一个AC变压器的设备可靠地通信。典型地，26个房屋可以由一个变压器供电。如果在保护的房屋中的电话线被断开以及有紧急系统报警，则调制解调器通过配电线路发出高功率的遇险信号。如果具有工作的电话线的相邻的系统应答，则报警消息将被中继到相邻的系统，这样，它可拨打出紧急报警信号。这使得相邻的系统能够以小的额外代价增加它们的系统的安全水平。

本发明是与美国专利No.4,731,810(‘810专利)的系统不同地运行的，该专利描述了邻居家庭安全系统，它借助于连接到相邻的家庭的AC线路报告报警消息。‘810专利的系统没有使用在本发明的收发信机设计中固有的任何优点实施的电路。‘810专利需要安全控制拨号器，包括电话线断开输入，以告诉它发送报警消息到相邻的系统。它并不试图在此之前传送到相邻的系统。然而，本发明的系统总是使用连接到所有的相邻的系统的AC电力线传送消息。

本系统也可以只因为房屋电话线处在忙音或正在使用，而请求相邻的系统拨打出，以及不需要电话线被割断或成为工作的。本系统可以通过可用的相邻的电话线发送消息，而不是断开正在使用的房屋电话线。如果邻居的电话是不可用的，则房屋的电话被断开，以占用线路用于拨出。如果呼叫不能完成，则不管电话线是否割断，系统可重复请求相邻的系统以拨出。在真正的紧急的情形下，甚至可以请求相邻的系统断开它的房屋电话，以便占用线路用于拨出。当然，所有这些功能的实践需要所有相邻系统主人的提前批准和支持。

第二个创新涉及到公寓或宿舍型房屋中的安装。在这些情形下，调制解调器或不需要被包括在每个生活区。一个调制解调器或拨号器可以接收或发送信号到(或来自)任何的生活单元，由此，导致在安装和设备上重大的成本节省。它也使得设施管理者能够接入宝贵的状态信息，诸如烟雾检测器的正确运行，或盗窃报警消息。

第三个创新涉及到在AC收发信机与典型的安全控制板之间的系统接口。这些控制板，特别是在使用烟雾检测器或其它火敏感器时，使能使用监管的警笛或报警器。这是要确保当达到报警的时间时把控制板连接到警笛的连线是工作的。控制板监管这个链路以及自动宣布连接的任何事故。因为本系统使用全双向通信协议，连同系统的所有设备的全面监管，控制板接口模块第一次提供能够进行用于全面监管的AC有线通信的警笛。模块以与连接警笛相同的方式被连接到控制板。然而，模块代替连接到AC连线并且传送到远端警笛。万一AC电源丢失，则警笛也包括电池。警笛可宣告从控制板发送到接口模块的相同的信号，以及接口模块通过以与控制板通常检测连接的丢失的相同的方式仿真到控制板的连接的割断表示监管的丢失。

在这个组的最后一种产品是电的设备监视。这包括可监视计量表的产品，诸如，公用事业计量表；或家用电器，诸如洗碗机、洗衣机、电炉、冰箱，和类似的产品类型。提供信息到(或来自)这些电器的便宜的和可靠的方式使能以较低的成本进行产品服务的重大的改进。基于每小时的报告电表的便宜的方式例如允许公共的公用事业提供可变收费率价格或切断某些线路的电源，其中设备可被自动地接通或关断，使得它们的能量效率最大化，由此减小电功率花费。那些相同的器具，使用相同的收发信机，不单可对于最大能量效率被控制，也可以报告诊断的或测试的信息给服务公司。这允许技术人员确定问题的起因，而不用访问房屋，这可被使用来警告即将来临的故障，或可以提供其它有用的技术信息。在这些方面的主要优点来自于高可靠的、低成本的、通过电力线通信的方法。而且，在计量表读数的情形下，通过邻居的可靠的通信的能力使得一个拨号器或调制解调器连接能够监视所有的家庭。

使用电力线通信的消防系统

许多现有的家庭和公寓已在其中安装从房屋配电线路供电的烟雾检测器。只有相对较新的系统安装了额外的线路，使得任何的烟雾检测器能够发动系统中所有其它的烟雾检测器。这通常被称为“级联的”通信，以及被消防报警和消防应答社区认为足够重要的，它已成为用于所有新的居民建筑的美国国家消防代码中的一个要求。在电源故障的情形下，也要求烟雾检测器包括有备份电池。然而，对于所有的家庭或居民生活区，在这些要求以前已建立了线路，对房屋重新布线以加上对于级联的通信当前需要的额外线路是非常困难和昂贵。安装在现有的家庭消防系统中的烟雾检测器也没有对于它的正确的运行被监视或监管。

对于电力线通信，由于上述可靠性的原因，X-10技术一直没有被引用于烟雾检测器或消防报警产品。也有其它的用扩频技术实施的新的电力线载波通信技术，用于更可靠的通信。线路载波通信的一个版本作为CEBus产品的标准选项被列出，但显然没有采用内附的电力线载波通信技术的烟雾检测器。

本发明可以取决于应用的需要而被使用于许多性能级别。在它的最简单的形式中，本发明优选地利用带有内附的电力线通信设备的、高质量的烟雾检测器，诸如光电类型的。这种通信设备引用参照图1描述类型的收发信机，以获得所需要的好处。这些收发信机能够通过某种电子地址被识别。在优选实施例中，这种寻址的方法是在烟雾检测器出厂时通过把非常大的数字地址预先编程到烟雾检测器中而完成的。然而，有可能使用双列直插式开关来设置烟雾检测器上的地址，或检测器从主控制单元接收它们的地址。

下面是用包含本发明的烟雾检测器来替换老的烟雾检测器的优选程序过程。在安装期间，用新的烟雾检测器替换老的烟雾检测器，一次一个。被安装的第一检测器(被称为主检测器)建立房屋代码，它是标识该住房的数字地址。这是在第一次安装以后通过按下和保持烟雾检测器上的“Test(测试)”按钮一段时间，例如10秒，而完成的。为了确认它已把自己建立为系统的房屋代码主装置，烟雾检测器发送一个长的警告声。房屋代码被使用来防止使用同一个技术的、邻居的住房中的检测器启动两个住房中的报警器。寻址和登记检测器的处理过程和方法的设计防止发生这一情形。

当安装者准备好安装下一个烟雾检测器时，他首先回到主检测器，以及按下“Test(测试)”按钮约5秒钟。在这时，主检测器开始发出警告声，标识它处在“登记模式”。然后，安装者可以安装其余的检测器，它们被称为从属检测器。在最后的检测器被登记后，登记模式时间间隔还持续一段时间，优选地是20分钟；此后，登记时间间隔结束。

在安装和加上电源后，每个检测器通过它所附着的房屋配电线路自动发出一个消息。如果它是主检测器，则对于这个消息没有应答。如果它是后续的或从属检测器以及主检测器已处在登记模式，则主检测器将自动回答该消息，并把所使用的房屋代码告诉从属检测器。从属检测器对于它的以后的通信消息使用这个房屋代码。一旦进行这个初始的登记通信以及新的从属检测器已接收正确的房屋代码，则新的从属检测器就发出三声快速的警告声，表示登记已满意地完成。图3是显示通过连接它们的电力线通信链路的多个烟雾检测器互连的示意图。

参照图3，示例的住房60包括分布在住房中的、并与房屋配电线路28链接的、四个分开的区域。第一区域62包含带有系统域控制器24、连同电话线拨号器42与控制板接口44的、具有电力线通信能力的报警系统36，正如参照图2描述的。房屋配电线路28提供在第二区域与第三区域64与66之间的通信链路，所述区域被显示为房间，每个具有安装在房间中的带有发声器装置68的烟雾检测器。第四区域70代表多住房单元(MDU)管理员办公室，其中放置有计算机接口72，被连接到具有电力线通信能力的电话线拨号器42以及具有电力线能力的报警器46。

上述的程序过程显示，本发明便于在不改变线路的情况下代替较旧的房屋配电线路供电的烟雾检测器。新的检测器优选地也配备有连接器，这些连接器使得新的烟雾检测器能够容易地连接到老的技术的大多数流行的连线的连接器。

这些新的烟雾检测器提供几个运行的好处。在报警期间，检测火警条件的烟雾检测器通过房屋配电线路发送由特定的数字消息标识的报警消息，连同正确的房屋代码和对于该特定的检测器的识别地址。在优选实施例中，主检测器，或如在后面讨论的分开的控制单元，存储每个检测器的各个识别地址，以便它能够返回一个确认给各个检测器并发送该报警消息到所有其它的检测器。主检测器也等待接收来自每个其它检测器的确认消息，以便验证每个检测器已经正确地接收消息。如果任何检测器没有正确地确认它的报警消息的接收，则主检测器将再次试图与该各检测器通信，直至主检测器得到正确的应答为止。本领域技术人员应当理解，如果想要的话，则如果检测器的数目不是太大，则每个烟雾检测器可以把所有的检测器的各个地址存储在系统中。每个检测器确保消息被正确地传送，所以，不需要只有主检测器执行这个功能。在本发明的最简单的形式中，这可以是最想要的方法；然而，在更先进的形式中，主控制单元可能最好地适合于这个功能。

这样，在住房中所有的烟雾检测器被告知报警条件，通常的报警是在生活区域中通告的。所以，表示检测到地下室的火情的警报在家中到处可以听到，在大火到达他们的卧室之前，给予居民附加的救生的几分钟时间逃跑。这描述了用于该新发明的最简单的形式。

另一个有利的改进的获得是通过在系统设备中加上能够由通过房屋配电线路发送的控制信息来接通或关断灯光。这些可控制的灯光开关装置可以安装在标准灯泡插座(例如，插座模块34)，或代替标准灯开关(例如，灯模块30)。它们不包括电池备份，像烟雾检测器那样，但是以与烟雾检测器中的收发信机相同的方式通信。当报警消息由烟雾检测器用正确的房屋代码被发送时，可控制的灯光开关装置认出报警消息为接通灯的信号，以及立即这样做。室内灯光的启动允许占用人在半夜在火警警报中醒来，避免由于搜索灯开关造成致命的延时或试图在黑暗中逃出时绊倒。

可控制的灯开关装置以与上述的烟雾检测器68相同的方式被登记，但如果想要，则另一个改进也是可提供的。不是返回主检测器或控制单元进入登记模式，安装者可以接近单独的检测器以及保持它的测试按钮5秒钟，以便进入特别的登记模式，它只登记可控制的灯开关装置。这样，灯开关可被登记，以便如果希望，则只应答特定的烟雾检测器。这只在该烟雾检测器是第一个检测到火警条件的检测器时才允许特定的灯接通。这样做的好处是，提供走出住房的最好的路径的指示。其中灯点亮的路径成为安全通道的指示。灯光路径对于儿童是极有帮助的，因为他们会被警报弄糊涂，以及给出一个指示：哪个检测器检测到火警。

本发明易于在孤立的生活区域或车间中加上烟雾检测器。当发生报警时，家庭中的检测器也都启动，但当占用人看见房屋的灯没有打开时，他或她可立即查看车间或其它生活区域的灯是否打开。这样，任何人容易确定着火的位置，由此使得能够对于火警条件作出更安全地撤离和应答。

系统域控制器24的使用改进本发明的住房消防系统的功能。控制器24可以插入任何电源插座，只要它不能被关断，以及在失去电源的情形下，用备份电池运行。在它的第一种形式下，控制器24可以只提供住房消防系统的显示和监管。例如，它将周期地轮询所有的检测器，诸如一小时一次，以便验证所有的检测器正在正确地通信。检测器也报告其备份电池何时需要替换，烟雾检测器何时需要清洗，或它们由于某个原因发生故障。控制单元也包含用于测试系统的测试开关，或当它被虚假条件激活时，用于重新设置报警。

系统域控制器24也可以能够进行被称为警报验证的功能，它如下地实行。当第一报警消息被接收时，把一个复位消息发送回所有的烟雾检测器，以便它们不公布该报警。如果在1-2分钟内由任何的烟雾检测器接收到第二报警消息，则报警消息被发送到一个报警周围的所有的烟雾检测器。警报验证是在硬连线的、市场上销售的消防系统内熟知的，用来防止不想要的虚假警报，而如果发生真正的警报，不造成有害的延时。如果消防系统被远程监视，则这样的虚假警报可以由本地消防部门触发一个应答，它不单是不必要的，而且也增加响应于该警报的事故的机会，或在响应其它真实的警报时的延时。

在任何检测器上的测试按钮将使得所有的其它检测器在预先设置的时间间隔内传送一个警报。所发送的消息不同于报警消息，这样，如果系统被监视，则测试消息不会与报警消息弄混淆。如果系统由于任何的原因处在报警，则在烟雾检测器或控制单元上的任何测试按钮也可被使用来静音整个系统。第一个检测火警条件的烟雾检测器将继续发出警告声一段时间间隔，以帮助识别这是哪个检测器，以及问题可能出在何处。如果检测器再次检测火警条件，则它就发送新的报警消息，以及再次开启所有的报警器。

使用电话拨号器42或调制解调器的系统域控制器24可以传送报警消息以及有关低的电池或脏的烟雾检测器的故障信号给远端监视站。这确保：家庭被监视，即使家中没有人，或如果只有儿童或宠物在家中，但不知道如何应答，以及消防部门可被立即召集。

图3所示的房屋表明本发明在公寓、宿舍、旅馆和汽车旅馆中的使用。在这些设施中，一个系统域控制器24可以容易地监视在该建筑物中所有的烟雾检测器，以及在某些情形下，监视当由同一个电力线变压器供电的多个建筑物中所有的烟雾检测器。通常，变压器将停止在电力线上的通信。然而，显然通过以上的发明，房屋配电线路供电的烟雾检测器在汽车旅馆、旅馆或公寓综合结构中可以容易地被替换。这样的设施不单从监管那些烟雾检测器得到好处以验证备份电池是可工作的和检测器灵敏度是正确的，而且也易于实行由旅馆的人员或由远程监视中心进行报警监视。

系统的改进的最后的例子必须把扬声器包括在每个烟雾检测器中，预先录制的话音消息被放置在控制单元。因为有可能通过电力线发送电话质量话音信号，也有可能把这些话音信息发送到所有的烟雾检测器。这在紧急事件期间可允许用声音通告“着火了”。如果烟雾检测器配备有一个设置在它们被安装的楼层的装置，诸如一层或二层，或提供用于把这些细节编程到系统域控制器的装置，则在报警条件期间，系统域控制器单元可发送话音消息到烟雾检测器，诸如“一层着火了”或“车间着火了”。如上所述配备的这个系统能够得到大大地改进的响应，特别是对于居民区域中的儿童。在旅馆和汽车旅馆的情形下，这些消息也可包括撤离信息，它或者是预先录制的，或者是从消防部门给受到影响的房间的“实时”通告。

上述的本发明是通过可靠的电力线通信技术实施的，它没有在大多数住房或以上讨论的更大的建筑物中跨越多相线路传输的问题。技术实施可靠的双向通信，不单为了把报警消息发送到所有的烟雾检测器，而且也为了验证所有的信息已被接收，以及监管系统中的装置。本发明包括识别大量不同的地址的能力，这样，这些装置将不会与邻居的家中的装置相混淆。而且，如下所述，使用电力线通信、并与RF信号电桥(在下面描述的)合作的消防系统的实施允许通过使用电力线作为信号辐射器来运行。

显然，其它的装置可被加到以上的系统，诸如一氧化碳或其它有害气体检测器。如果必须在其中没有烟雾检测器的地方宣布警报，则辅助报警器可能是有用的。也应当看到，这种技术可以容易地被引入到下面描述的本发明中，作为具有消息中心的组合的安全控制板。

使用电力线通信的消息传递产品

这些产品是通过如上所述的较低带宽的频带(13.553-13.567MHz，26.96-27.28MHz，或40.66-40.70MHz频带)或通过较高带宽的频带(1.705-10MHz)进行工作的。在描述本发明的消息传递产品之前，概略地说明现有技术。

当前在家庭和商业应用中的安全系统存在有许多问题和限制。例如，在过去，当安全中央监视站(SCMS)想要发送一个消息到安全控制板(SCP)时，SCMS需要振铃房屋的电话。经常希望发送消息到SCP或对于SCP作出程序改变，这优选地在SCMC最不忙、电话花费较低、和房屋的电话最多半不使用时的夜间完成的。然而，正如对于居住地区容易看到的，在半夜振铃家中的电话是不可接受的。因为这个问题，在许多情形下，SCMS将限制呼叫SCP的原因为绝对必要性，或正好万一SCMS可能要它下载一个消息时按常规编程SCP来呼叫SCMS。这个程序过程显然会产生多个不想要的呼叫到SCMS，以及严重地限制SCMS可迅速发送到SCP的消息业务。

由于许多家庭和小的商业电话有附着的应答器，也会产生问题。如果SCP在回答呼叫之前，等待太多的振铃，则电话应答器将首先回答。如果SCP没有等待得足够长，则它可以在房屋中某个人有机会回答它之前回答呼叫。这个问题在过去是通过在试图愚弄和旁路电话应答器中，需要SCMS发起到房屋电话的呼叫、断开连接、然后再次呼叫而解决的。显然，这是费时和费力的解决方案。

存在的另一个问题是，在许多商业应用中，设施管理员想要一个报告：在早晨系统何时首先被解除，以及在一天结束时何时进入工作状态。这些通常被称为打开和关闭报告。因为这些呼叫每天由SCP发起到SCMS，大量呼叫被进行，由此大大地增加花费，以及占用可能需要用于危急的来话报警消息的SCMS电话线路。

本发明克服这些以及许多其它问题，以及总的提供在技术上重大的改进。本发明把大量功能组合在一个系统中，以及通过这些功能的协同的组合引入新的改进。以下的功能每个可被构建在SCP中，或者单独地，或者互相组合地：呼叫者ID、呼叫者ID等待、应答器功能、电子邮件发送和接收、以及扬声器功能。下面给出的材料初步地描述在缺乏电力线通信时这些新颖的性能。

好处是从把呼叫者ID功能引入到SCP中得到的，因为呼叫者ID信息在识别不想要的呼叫是有用的，这本身是一个安全特性。然而，这个组合系统提供多个新的优点，以把呼叫者ID信息引入到SCP。首先，SCP包括由SCP作为SCMS号码认出的电话号码表。当房屋电话被这些号码之一呼叫时，呼叫者ID认出它们，以及SCP立即回答呼叫，避免讨厌的振铃，以及旁路可能存在的任何应答器。这解决了过去在SCP中的主要限制，以及使得SCMS能够开始提供新的业务范围，诸如发送不仅限于安全的消息到房屋。这样的业务的几个例子包括在下雪日子期间告知学校关闭，电源故障信息，天气预报，以及道-琼斯(DowJones)股票行情报告。很容易看到，只通过本发明的改进，可以容易地创建整个新的业务范围。

当把电子邮件功能加到SCP时，可以得到一些新的好处。这个电子邮件功能允许人们在房屋里通过典型的互联网业务提供者的系统发送或接收电子邮件消息。然而，当引用到SCP时，本发明提供大量新颖的改进。首先，SCP可以通过用于某些报警条件的互联网发送电子邮件消息。过去，常常希望要告知他的办公室的设施管理者：该设施早晨首先被打开和在晚上被关闭的时间。这些报告常常希望以电子邮件的形式被发送，而不是传统寻呼机消息被发送，因为不需要立即的消息报警。SCP通常包括为此目的发送寻呼机消息的能力，通知房屋的主人：他的或她的小孩何时从学校回家，或发送其它这样的消息。打开和关闭报告通常也通过SCMS发送。然而，这些报告导致附加的电话呼叫的重大的花费(常常是长途电话)，以及占用对于报警消息所需要的关键的电话线。需要SCMS取得这些消息以及把它们变换成电子邮件消息的困难也是很麻烦的，导致非常少的SCMS供应这些业务。

本发明允许SCP借助于本地互联网业务提供者(ISP)电话线直接发送这些电子邮件消息，由此去除SCMS的负担。这也使得发送文本消息相当容易，而过去这些消息是为报告报警条件而设计的专门的数字协议。而且，当与上述的呼叫者ID功能相组合时，本发明现在允许由电子邮件提供这种消息传递业务。换句话说，SCP现在具有识别引用电子邮件消息的、进入的消息呼叫的能力，并可以立即回答它们，不用房屋电话的讨厌振铃，以及可以立即接收这些电子邮件消息。或者，对于较低重要性的消息，SCP可以在白天期间按常规呼叫本地ISP电话号码，以及下载可能正在等待的任何电子邮件消息。

因为它具有发送电子邮件消息的能力，所以SCP在需要时也能够发送文本消息到寻呼机，因为大多数寻呼机业务允许用电子邮件发送寻呼机消息。这是比起直接拨号寻呼机业务更好的发送寻呼机消息的方式，因为现在呼叫是本地的，以及SCP不需要知道由寻呼机业务使用的专门的协议。

本发明也可以任选地引用应答器功能。多个新的功能现在变为系统可提供的。首先，用于SCP的显示器现在变为完全的消息中心，显示接收到任何话音邮件或电子邮件消息的时间。这是极其便利的，因为SCP显示器通常位于房屋入口/出口大门处，以便于拆卸和装备系统。在第一次到达房屋后，或正好在离开前，现在任何人可以容易地看到可能正在等待的任何消息。

呼叫者ID功能现在也可以与应答器功能相组合。电话号码表被存储在SCP中，它识别设施管理人的电话或住房拥有人的电话。这允许设施管理人或住房拥有人呼叫他或她的房屋电话，并且立即由SCP回答。SCP然后询问保密代码，在保密代码输入以后，SCP报告正在等待的消息的数目和类型。这些消息可以是报警消息或安全系统状态，以及邮件话音邮件消息和电子邮件消息。任何话音邮件消息可以通过典型的应答器远程消息获取方法立即被收听到。SCP也可以通过电话宣告对于每个剩余的话音消息的呼叫者ID电话号码。如果电子邮件功能也被组合在同一个系统，以及电子邮件消息正在等待，则也可以报告正在等待的电子邮件的数目。显然，当应答器和电子邮件功能被引入到SCP中时，接收的话音邮件消息的通知也通过电子邮件被发送，连同通过呼叫者ID被识别的相应的电话号码。

通过这些功能的组合，现在住房拥有人或设施管理人在回家或去上班的路上容易通过蜂窝电话呼叫检索话音邮件消息，检查安全系统状态，确定可能正在等待的电子邮件的数目和紧急性。所述信息拥有者还可以通过电子邮件从家中或办公地点检索。如果住房拥有人能够进行三方呼叫业务，或如果办公室具有额外的电话线，则SCP也可以自动拨打呼叫者ID电话号码，以返回来自进入的话音邮件消息的呼叫。这因为两个理由而是有用的。首先，它使得重新拨号方便得多，特别是如果该个人正在汽车蜂窝电话上获取消息时。第二，如果返回的呼叫是长途电话，则通过家中的电话或办公室电话比起通过蜂窝电话进行呼叫可能更便宜。

当应答器功能被组合时，SCP可以以用小的附加的花费呼叫电话号码，并且在特定的报警条件期间留下话音消息。例如，如果老年人在他或她的家中有这样的SCP，其中也包括无线医疗紧急装置，以及先前录制的消息也留在识别紧急救护的应答器，如果该紧急装置被释放，则SCP可立即通知该老年人的关心者的家中，或其它本地医疗响应中心。对于通过报警条件发送的话音消息，可以开发出许多应用。

如果扬声器电话功能也被引入到SCP或它的显示器装置中，则这样装备的SCP模型可以允许个人收听然后话音邮件消息，以及对这些消息或任何电子邮件消息作出回答。然而，这个组合也允许多个创新的改进。例如，在报警条件期间，SCP也可以通过使用扬声器电话的话音能力和应答器的预先录制的话音消息，用话音宣告警报。这种类型警报的宣告会是非常重要的，因为人们如何响应于火警条件或紧急医疗救护是与人们如何响应于盗窃报警相当不同的。

由于扬声器电话功能的可提供性，可以得到的另一个有用的特性是与SCMS的双向音通信。这由于多种原因而是想要的。首先，SCMS可以使用双向话音通信在警报被报告后在房屋内进行收听，以及尝试在房屋内与任何人通信，力图验证发生真正的报警。第二，如果人们在使用或了解系统方面有问题，则住房拥有人或设施管理人可以很容易到达SCMS。

大多数现有的安全系统的限制是安装它们所需要的连线。这即使对假设无线安全系统也是这样，因为通常总需要电源线、键盘连线、以及报警器和电话线。在某些较新的系统中，键盘、拨号器、以及在某些情形下报警器，连同无线接收机被组合在单个单元中；然而，这仍旧需要运行的功率和连到单元的电话连线，这个单元常常要放置在靠近入口/出口大门的大厅过道的墙壁上。这样的系统也兼顾安全，因为所有的拨号器和报警器功能都被构建在一个单元。简单地破坏这个单元，将停止把警报通告和传送到任何远端监视中心。把上述的电力线通信技术组合到安全/消息中心，提供了某些重大的优点以及新颖的特性业务和性能，特别适用于家庭、小的办公场所、公寓和宿舍。

首先，人机接口，在安全系统(现在是完全消息中心)中通常被称为键盘74(图2和3)，被设计成使得它可被安装在电气箱中，代替光开关。键盘不单通过电线被供电，它也使用这些相同的电线用于通信。同一个单元包括电池，用于在电源丢失时进行备份。如果电源丢失，通信仍旧可以进行。

所以，消息中心容易安装在入口/出口大门旁的墙壁上，不用附加的连线。为了安全/消息中心与SCMS进行通信，把另一个装置附加到系统。这是专门的电话调制解调器，它插入在房屋中任何地方的电插座上。这个调制解调器包括图1所示的那种收发信机，所以具有通过电力线与安全/消息中心进行通信的能力，它还包括电话线连接器，这样，调制解调器可被插入到最靠近的电话插座。

第二，通过使用已被包括在安全/消息中心内的扬声器电话能力，也可以通过拨号器借助于通过电力线的通信保持电话对话。因为可以保持完全的电话对话，所以通过把附加的安全/消息中心放置在整个家中或具有专用分机号码的办公室中，安全/消息中心也变成为家庭交互通信系统。这些相同的安全/消息中心在报警时也变成为报警器，这样，报警条件可以容易地在整个房屋内被宣告。如前面所讨论的，电子邮件消息也可以通过电力线被发送到电力线调制解调器以及发送到电话线。能够通过房屋配电线路与安全/消息中心进行通信的其它装置包括：灯光控制开关，用于连接到车库门打开器的输出开关，关断房屋配电线路的报警器，以及安全传感器，诸如运动检测器，当房间没有人占用时，代替光开关检测入侵者以及关掉灯光。

第三，当在公寓综合结构或宿舍中被使用时，安全/消息中心通过房屋配电线路进行通信，把报警消息以及话音和电子邮件消息发送到单个中央电力线调制解调器。这节省每个公寓或宿舍房间需要一个电力线调制解调器的大量花费。对于诸如公寓综合结构和宿舍那样的大机关的附加的安全，可以使用一个以上的中央调制解调器。在这种运行模式下，如果一个中央调制解调器被攻击或受到破坏，则无论是有意的还是非有意的，消息可立即被报告，以及系统将不会受到连累。

第四，被连接在墙壁电插座与被保护的器具或电子设备(诸如，TV，VCR，PCS和立体声设备)之间的线路断接传感器可以检测设备是否被拔去插头。只要感知线路断接，这个报警消息就被传送到安全/消息中心。如果没有输入正确的保密代码，则报警条件被传送到中央电力线调制解调器，此后传送到房屋报警系统或SCMS。

RF信号电桥和用于电力线通信的双向RF信号

在由单个变压器供应电力的房屋配电线路上的通信可以通过使用前面描述的技术被完成。然而，众所周知，通过房屋配电线路的通信通常受到供应电力的变压器的阻挡，这样电力线装置不能传送到连接在变压器的另一侧的配电线路。

有许多情形希望把信号从一个电力线电路发送到另一个电力线电路。例如，在旅馆，其中每一层楼由单独的变压器供电，希望从楼房的单个控制中心传送消息到和来自所有的旅馆房间。在公寓综合结构的情形下，其中每个建筑物由单独的变压器供应电力，希望把报警号或故障消息从所有的公寓发送到位于不同的建筑物的管理员办公室。图4是显示在参照图3描述的那种消防系统中使用RF信号电桥用于多结构或跨越变压器的通信的示意图。在家中的恒温器的情形下，该恒温器通常通过24V AC电路被直接连线到HVAC系统，该24V AC电路是被变压器与房屋配电线路分开的，可能希望发送恒温器测量读数到安全系统，而不用布置附加的连线。图5是显示被安装在同一个建筑物中恒温器与安全系统之间的RF信号电桥的使用的示意图。

根据以上公开的收发信机及其使用，有可能在第一时间在FCC批准的设备上不单通过房屋配电线路发送信号，而且也使用配电线路作为有意发射信号的天线。通过使用图5所示的例子，有可能恒温器连线(如果足够长和走线足够邻近房屋配电线路的话)将耦合足够的发射信号，这样它可以直接从房屋配电线路接收控制消息。然而，也有可能在恒温器中的电力线收发信机不能发射足够强的信号传送回电力线。

所以，所想要的不单有高可靠的、通过房屋配电线路连线进行通信的装置，而且也有用于把这些信号可靠地耦合到附近连线(诸如HVAC连线或被通过分开的变压器连接的房屋配电线)的装置。

这可以通过RF电桥电路来完成。RF电桥是RF接收机电路，它被设计成接收来自附近的房屋配电线路的辐射信号。这个接收机电路可以具有与先前参照图1描述的电力线收发信机中使用的相同的设计，除了它加上电感或辐射天线，适合于接收感应信号或辐射信号，而不是通过房屋配电线路电传导的信号。

这个RF接收机电路，在接收感应信号或辐射信号以后，可以译码或解调从其它配电线路接收的消息，以及如果想要的话，可以把这个消息重新发送到它自己的配电线路连线。因此，RF电桥可以起到像无线转发器的作用，除了它接收由一个电力线电路辐射的信号和把那些信号转发到分开的电力线电路以外。

参照图4，两个分开的建筑物结构80和82分别包含类似于图3的区域70中的管理员办公室那样配备的管理员办公室84以及类似于图3的区域64和66中的房间那样配备的两个房间86和88的多住房单元。在建筑物结构80的管理员办公室84中，电话线拨号器42和报警器46通过房屋配电线路28a连接到RF电桥模92a。在建筑物结构82的房间86和88中，烟雾检测器68通过房屋配电线路28b连接到RF模块92b。因为每个RF电桥模块92a和92b作为收发信机运行，所以RF电桥模块92a和92b发送和接收输送信息的调制的载波信号。例如，RF电桥模块92a通过它的天线发送输送信息的测试信号，被RF电桥模块92b的天线接收。RF电桥模块92b把某些和全部测试信号信息转发到烟雾检测器86，它返还给RF电桥模块92b报告信号，以便发送回RF电桥模块92a，以及最后通过房屋配电线路28a传递到安全系统计算机接口72。虽然在本例中的RF电桥模块92a和92b都配备有辐射天线，但本领域技术人员应当理解，在适当的环境下，在电桥模块之间的通信可以在感应天线范围内被完成，正如FCC规章许可的。

参照图5，带有三个物理上分开的区域的单个建筑物结构100被配置成具有与房屋配电线路28分开的HVAC电路102。区域104包含被配置成图1所示的报警系统36。区域106包含HVAC单元108，以及区域110包含带有内附的收发信机92b的恒温器112。房屋配电线路28被路由在区域104和110内和之间，以及HVAC电路102的电力线102被路由在区域106和110之间。RF电桥模块92a以类似于参照图4描述的方式发送和接收调制的载波信号到(和来自)恒温器112。

如图4和5的显示所表示的，如果在两个分开的房屋配电线电路之间想要有双向通信，则一个RF电桥被连接到每个配电线电路。因此，每条电力线能够接收从其它电力线通过RF电桥辐射的信号。发送消息正如通常通过电力线那样完成的。通过使用本发明，当建筑物的报警系统被装备时有可能发送一个消息，以及关断建筑物的所有的灯光(除了为了安全目的有意留下的那些灯光)。这个消息然后可以从一个电力线电路发送到下一个电力线电路，直至所有的电力线电路传送这个消息到建筑物中所有被控制的灯光为止。

由于先前没有批准其它的电力线通信技术作为有意的辐射器，所以先前没有能够完成这一点。所以，通过本发明得到大量好处。

也有可能从电力线发送消息到没有被连接到电力线连线的设备，诸如电池运行的设备。这些可以是电池运行的烟雾检测器，安全门或窗传感器，或便携式遥控装置，它可以装备和撤除安全系统或控制家用电器。事实上，先前包括单向发射机的任何设备现在可以通过只加上RF电桥接收机而达到双向通信。这些设备能够接收通过房屋配电线路发送的相同的消息，以及然后将被链接到同一个网络。

为了这些电池运行的设备发送消息到电力线网络，先前与它的单向发射机一起被使用的接收机被连接到电力线发射机，以便把消息转发到电力线电路。如果这些电池运行的设备现在被设计为使用调谐到与电力线收发信机相同的频率的发射机，则如前所述的、简单的RF电桥可被使用来接收不单来自附近的电力线的消息，而且也来自电池运行的设备的消息，以便建立完全的双向通信网络。

这样的完全的网络具有许多重大的优点。一个主要的优点是，通过电力线发送的信号自然地耦合到整个房子或建筑物，所以，大大地减小电池运行设备的接收的范围。例如，通过使用这种新的通信装置，安全门传感器可以位于离最靠近的电力线少于10英尺；而使用现有技术时，安全门传感器必须从离开50-100英尺的它的控制单元接收它的消息，在路径上的金属物体迫使信号在被门传感器的接收机接收之前被反射多次。这使得接收机设计不太昂贵，以及吸取较少的电流，因此能够达到较长的电池寿命。

可以连接电力线设备和电池运行设备以及附近的电力线电路的单个网络建立用于控制、报警、传感、和消息传递产品的完全的网络，它们可以在建筑物号建筑物复合体中的任何地方通过使用便宜的收发信机进行交互工作。

主-从属命令保证算法

双向通信可被使用来纠正通信链路故障，装置故障可能使得远端报警设备不响应于紧急应答情况。本发明以命令结构来设施，其中在主单元(它是进行主要的系统判决的系统单元)与一个或多个应答从属设备之间有双向通信。应答从属设备可以是任何设备，它在主单元的命令下，对于启动条件全部或部分地实行延时应答。应答从属设备的例子包括电话线通信器和无线发射机(例如，蜂窝、蜂窝边带和专用频带)，它们在紧急条件报告给中央监视站和本地报警设备(例如，可听见的警笛和铃、闪光灯和振动装置)，将存在的紧急条件提醒占有者。图6是用主单元和两个示例的应答从属设备实施的传感/应答系统的示意图。

应答从属设备典型地被隐藏在其中设备不容易被看到或接入的地方。它们通常几乎没有或没有显示或控制，这样它们不可能引起非法入侵者的注意。另一方面，主单元常常与用户接口相组合，所以，容易看见和可接入的。即使当它们不引人注意地放置，主单元可以是大而笨重的，所以，如果碰巧遇上，很容易被认出。

在系统(以及它与环境和/或用户的互动)验证对于由应答从属设备实行的紧急应答的需要时，应答从属设备的应答被显示(典型地从几秒到几分钟)。验证的例子包括入口延时，给予合法的占用者时间，以便输入一个代码或生物统计学信息，确保系统合法的入口，以及包括传感的紧急性的验证，诸如证实的消防算法。如果在这个评估时间间隔期间，紧急条件没有被证实，则现有的系统不启动各个应答从属设备的应答，这些从属设备没有被提供以它们等待作出应答的信息。

本发明在主单元评估处理过程开始时通知应答从属设备，它们可能被调用以某种方式应答。正是在这个评估时间间隔期间，主单元的继续不断起作用是处在它的功能停止的最高的风险。例如，入侵者可能打碎主单元，特别是其中用户接口与在同一个物理外壳中的主单元相组合，或着火可能损坏主单元。当前可提供的系统不提供正确的应答，由此，增加个人伤害或财产损害的风险。

图7是概括地阐述在现有技术主单元-应答从属系统中实施的基本算法的流程图。在这个算法中，主单元实行所有的行动、延时、和判决。应答从属设备在主单元作出它的最后的算法的决定之前，不知道潜在的生命或财产威胁情形。

图8是概括地阐述按照本发明实施的基本算法的流程图。在这种情形下，应答从属设备和主单元变成为立即知道需要潜在的应答的情形。在不存在给予应答从属设备的取消行动命令的情形下，由于本发明的应用，它们能够采取独立的行动。

几个创新的应用来源于本发明。其中延时的关键功能是由从属设备执行的、任何的主-从属应用，受到人为事件(例如，入侵者破坏主单元或来自主单元的通信链路)或处理过程事件(例如，火焰破坏主单元或来自主单元的通信链路)中断。对于其中延时的关键功能是对于生命或财产保护重要的、本地的(生命安全)或远程的(财产保护和/或生命安全)功能的情形，本发明对于正确行动和应答提供比先前可提供的更高的保证。随着无线技术(单向和双向RF(射频))；单向和双向IR(红外)；单向和双向PLC(电力线载波)技术逐渐代替电线和电缆作为主-从属通信链路，本发明的进一步确保适当的延时应答的能力对于这些设备的生命和财产保护功能变成为越来越关键的。

主-从属关系在其它控制应用(诸如，HVAC(取暖、通风、和空调)以及灯和电器控制应用)中正变成为越来越普通。舒适和花费考虑规定：远端从属设备(A/C开关和电器开关)周期地用适当的状态数据进行更新，以便继续运行。在通信丢失的事件中，不希望远端从属设备(诸如火炉或空调器)保持不确定地运行。为了舒服、花费和安全，重要的是当了解到在进行判决和/或传感装置与应答设备之间的通信丢失时这些设备安全地和正确地被关断。本发明提供这样的行动。

通过配电线的家庭服务器音乐系统

这个系统使用更高的带宽频带(1.705-10MHz)，以及在家中的音乐分布方面呈现重大的先进性。本领域技术人员应当理解，图1上显示的收发信机电路设计可以被修改来提供更宽的带宽和不同的中心频率，来运行家庭服务器音乐系统。当前用于家庭的音乐和音频系统可以通过两个方法被分布。首先，分开的声音系统可被安装在家中的各个房间中。第二，家庭可被连线，以便把音乐和音频信号通过特定的连线向下发送到被放置在想要的房间中的扬声器。后者具有使用一个中央声音系统的好处，但是对于普通的家庭主人是过分昂贵的，因为非常高的安装花费以及所需要的、附加的音频交换连接装置。连线也必须延伸到各个房间，用于键盘或其它控制设备，这样，想要的音频可以从每个房间被选择。

已经有一些试图通过房屋配电线路连线发送音乐和音频信号的产品。然而，声音质量是很差的，并且受到噪声和中断问题的困扰。虽然在电力线收发信机设计中使用上述的创新，然而，可靠的信号现在可通过AC连线被发送到家中。而且，这个系统引入借助于使用新的压缩技术的数字通信的发送音频信号的能力。现在最通常使用的压缩格式的代表M-PEG第3层的MP3，给出用于压缩的音频的新的工业标准，以及现在正在被使用于互联网音乐分布。

在上述的收发信机设计中的改进，连同MP3或其它压缩的数字格式的使用，现在使得能够通过电力线分布CD质量的音频。以上讨论的低带宽的收发信机设计也允许房间音频控制设置通过房屋配电线路的通信。而且，因为这些产品使用在FCC规则下作为有意的辐射器的唯一列表，这个系统也允许便宜的无线手机接收通过电力线发送的信号，译码压缩的音频，所以，允许完全无线头戴耳机提供CD质量的音乐和音频。这些头戴耳机可以容易地在住房的任何地方接收强到足以能收听的信号，以及甚至在院子外面靠近住房的地方。

本系统的核心部分是家庭服务器，它是便宜的、具有硬盘驱动器的PC，操作系统包括软件，用来压缩来自CD、FM/AM无线电输入的音频，或从互联网下载压缩的音频。系统可以存储和按照例如作曲者、音乐类型或播放表管理几千首歌曲。服务器也可以包括较高带宽的电力线收发信机，使得它能够通过AC连线发送多个同时的音乐信道，以及接收来自房间音频选择器的控制命令。连同服务器一起的是模块，包括电力线收发信机、音频解压电路以及放大器输出。这些模块被插入房屋的各个房间。放大器输出被连接到扬声器。

房间控制单元被插入到附近的插座，或被安装在配电箱，代替光开关。控制单元发送命令到服务器，诸如想要哪种音乐，是否收听无线电，或从互联网下载新的音乐。控制单元也发送音量、平衡和音色控制命令到房间中的放大器模块。

无线头戴耳机有两种类型。基本模型包括被调谐到电力线发送频率的接收机、音频压缩电路以及用来驱动头戴式话筒扬声器的放大器电路。音量、平衡、和音色控制也是内附的。红外遥控器可被使用来借助于在房间控制单元中的红外接收机选择用于头戴耳机的信道。较昂贵的模型头戴耳机也包括存储大量歌曲的能力，例如，一小时的音乐或更多。无论何时想要时，头戴耳机可以接收下载的新的音乐，虽然它花费与它重放时一样长的时间下载。然后，头戴耳机可以在远离住房的路途上被取下，诸如在汽车上或散步时，然后允许重放音乐。

这些无线头戴耳机可被扩展为无线双向电话。如果想要的话。通过把发射机包括在头戴耳机和可被插入到AC插座的接收机中，头戴耳机变成为能够全电话运行。该形式可被改变成典型的无线电话的形式，当然，它能够借助于房屋配电线路传送到家庭服务器，由此，能够借助于电话线或无论其它哪种可以使用的其它类型的通信端口(诸如，有线电视线路，或新的高速电话线)进行通信。

这种家庭服务器音乐系统的另一种独特的特性来源于它的封闭的系统特性，这是指它不发送音乐到其它系统，但只被专门被设计成与本发明的系统一起工作的设备使用。这是通过互联网接收样本歌曲的能力，它可以重放一次或二次，以便系统拥有者在决定购买以前听音乐。如果系统拥有者喜欢音乐，他或她可以以正确的安全授权购买它，然后歌曲被存储，并且拥有者的帐户支付适当的款项。如果不想要该歌曲的话，它将从系统中被清除。这能够给出非常有用的业务，系统拥有者可以通过它列出系统拥有者喜欢的音乐的类型或演奏者，以及属于那些预定的目录的新的歌曲可被发送给他们，供他们免费考察。系统拥有者只在他们喜欢歌曲时才需要付费，以及他们可以容易地把新的歌曲加到他们的定做的播放列表。歌曲与标题信息一起给出，这些标题信息标识艺术家和音乐种类，这样，音乐可以随之被分类。正如可以看到的，这个业务只在系统没有复制或发送这些歌曲到其它系统的危险时才可被提供。

本领域技术人员应当理解，除了音乐以外的其它音频产品可以以相同的方式被分布，诸如有声读物或无线电节目。每星期新闻无线电节目例如可被发送到用户，在他们方便的时候重放和收听。

数字投币式自动点唱机实例

以下的数字投币式自动点唱机的说明给出家庭服务器音乐系统的更具体的例子。数字投币式自动点唱机代表收听和购买用于家庭的音乐的新的方式，以及在家庭音乐服务器周围操作，它可以以数字形式存储超过2000首CD质量的歌曲。它引用完全的音乐计算机，该音乐计算机可以捕获、压缩、和存储来自CD的歌曲，或从互联网下载，然后可以在整个家中发送CD质量的音频。

虽然数字投币式自动点唱机包含带有硬盘驱动器的，低成本的奔腾(Pentium)级别计算机，但它被设计来观看和操作更像具有内附的音乐库的CD播放器。它被设计成放置在家中音乐设备支架上，代替在大多数情形下的CD播放器，以及根据简单的手持IR遥控器进行操作。在它的最简单的应用中，用户可以取出他或她的CD库，以及把完整的唱片盒或选择的歌曲存储到数字投币式自动点唱机。超过2000首歌曲或200个以上的完整的CD可以以这种方式被存储。通过以更高的花费使用更大的硬盘驱动，可以容易地增加贮存，或当需要时，附加的硬盘驱动器可以在以后被加上。用户然后可以从完整的库瞬时存取任何的歌曲，以及把CD拿开。图9是在使用下面描述的各种特性的多房间设施中建立的数字投币式自动点唱机的示意图。

八度音频系统的互联网业务(OASIS)

数字投币式自动点唱机的最基本的配置也包括能够免提的自动互联网接入的56k波特率调制解调器，这使得各种各样的新的互联网协议是可提供的。例如，个人音乐选择业务可被做成可提供的。一旦这个业务被选择以及用户描述了音乐偏爱，则数字投币式自动点唱机就自动地调用专用服务器，它在这里称为八度音频系统的互联网业务(OASIS)互联网服务器，以及每天下载几首歌曲。用户也得到其它歌曲的说明，或用户感兴趣的新的唱片集。这些下载可以在夜间进行，这样，它们将不干扰正常的电话使用。第二天，用户可以收听新的歌曲，并且决定是否把它加到用户的音乐库。许多歌曲可以免费提供的，诸如互联网上的MP3免费歌曲，或如果歌曲是从专业唱片标签出售，则可能有小的附加收费。OASIS跟踪所保持的或购买的所有的歌曲，这样，它可更好地为用户选择歌曲，这个业务不限于音乐。另一个业务，被称为个人无线业务，允许用户下载对话秀(talk show)、体育比赛、互联网无线电广播或有声读物。然后用户可以在方便的时候收听它们，因为这些音频记录被保持在数字投币式自动点唱机的临时库中，直至他们准备好重放它们为止。个人无线业务要确定与它有关的附加业务的收费。

当用户用OASIS登记时，用户的音乐库的记录被存储在OASIS顾客数据库。这可包括用户已加到音乐库的CD，以及用户已选择保持的下载。这允许OASIS更好地为用户选择音乐选择，避免发送用户可能已经以CD的形式具有的选择，以及提供作为保险的形式操作来保护用户已下载的选择的好处。数据库存储歌曲名称，而不是实际的音乐的复制品。如果由于某个原因数字投币式自动点唱机被损坏或发生故障，则用户下载的选择(在许多情形下是付费的)可被恢复。

OASIS也包括标准网址接口，以便用户通过PC进行联系。这使得用户能够管理和组织音乐库和播放表，以及通过PC进行音乐和业务选择。数字投币式自动点唱机在将来可包括TV接口任选项，它也可允许类似的图形用户接口，而不需要PC。

供电的音频(Powered Audio)

把供电的音频技术加到数字投币式自动点唱机使得能够通过电力线通信在家中广播个人音频的多个信道。供电的音频扬声器模块可以插入到家中任何的AC插座，被连接到立体声放大器或直接连接到扬声器。扬声器模块也和IR传感器一起出现并且能够进行IR遥控通信。然后，用户可以从房屋中任何房间选择和播放音乐。由于音乐被数字地存储和发送，所以不会损害CD质量。而且，由于多信道是可提供的，所以完全不同的音乐可以在不同的房间同时播放。家中的每个用户可以有他或她自己的ID，这允许用户建立个人音乐播放表和个人音乐库，都存储在数字投币式自动点唱机中，还由它控制，以及在用户喜欢的无论哪个房间收听。

供电的音频也允许调制解调器通过电力线通信，这样即使在数字投币式自动点唱机附近没有方便的电话插头，电力线调制解调器也可被插入到在房屋中某个地方的电话插头附近的AC插座，以及可以提供一个到互联网的通信端口。

在任何地方收听的头戴式耳机和音乐播放器

供电的音频的另一个特性是，它允许便宜的无线头戴式耳机在房屋内以及房子外的院子中任何地方收听数字投币式自动点唱机音乐和音频。

数字投币式自动点唱机也可以与许多新的、现在正变得流行的数字音乐播放器相兼容。数字投币式自动点唱机可以起到用于这些播放器的歌曲库的作用，以及使得下载音乐到播放器容易得多，而不需要PC以及对于音乐贮存不需用尽PC硬盘驱动。

数字投币式自动点唱机引用低带宽电力线通信，用于发送和接收控制信息。这使得家庭安全与家庭自动化功能能够简易地合并。例如，发声的火警报警能够在整个房屋中成为可听见的报警，消除了需要猜想发生哪种类型的报警。关于如何撤离房子以及如何响应于紧急性的附加指令可被加上，以便帮助儿童和老人。

通过加上高质量双向开关(fob)用于装备和拆除，使用上述的RF电桥技术，实际上消除在安全系统中对键盘的需要。所有的状态信息都可以是可听见的，而不需要用户站在键盘附近。这不单包括标准的消息“系统正在装备，你可以有60秒撤离，如果你需要更多的时间，再次按压你的装备按钮”，而且也使得响应于非正常功能容易得多。一个这样的消息可以是：“系统不能装备；后门仍旧打开的”。另一个这样的消息可以是：“从起居室运动检测器接收到低电池信号”。如果你想要业务技术员呼叫你安装新的电池，在你的开关上按压YES按钮。如果你想要自己替换这些电池，在你的开关上按压NO按钮，以及数字投币式自动点唱机今天晚上将下载指令，以一步一步地给予你指令。数字投币式自动点唱机不单能提供可听见的发声的警报，而且也能播放狗叫声的声道，离开房屋的发声的命令，以及类似的声音和消息。

所以，数字投币式自动点唱机能够动态地增强安全与家庭自动化系统的互动性。某些其它的简单的改进包括当儿童放学后到达家中时用电子邮件通知在上班的父母，以及把它们的拆除信号发送到数字投币式自动点唱机。也可以留下话音消息给儿童，例如，提醒它们有任务或约会。

话音邮件和消息中心

加上插入式话筒，使得数字投币式自动点唱机能够记录话音消息，和通过互联网把它们发送到其它人，诸如朋友和家庭成员。这些话音邮件消息可以通过互联网接入从任何PC听见，或如果家庭成员拥有数字投币式自动点唱机，他或她可以方便地从起居室收听比电话更好的质量的音频，以及发送回一个返回话音邮件消息，而不用接触PC。这样的长途电话消息利用无限制的互联网接入装置，没有额外的花费。还能提供可以把数字投币式自动点唱机变成具有呼叫者ID的多用途应答器中的软件。

任何的或所有的这些业务可被发送到安全、控制、和消息中心。当电子邮件、话音邮件、或其它消息在等待时，键盘可被插入到住房中任何的AC插座进行显示；或这些消息可以通过音频系统发声地宣告，而不需要键盘。所以，当用户在早晨醒来或下班到达家中时，用户可以容易地看见或听见可能正在等待的任何消息。所有这些消息可以通过它们被存储到的数字投币式自动点唱机被重放。

消息业务也可以提供到家中。数字投币式自动点唱机在夜间呼叫进入的处理过程期间，或更经常在白天期间(如果想要的话)，自动地下载这些消息，然后，这些消息通过电力线发送，以便在家中的任何地方显示或音频通知。这可以采取各种形式：个人化的早晨新闻服务，股票行情报告，体育精华(包括音频重放)，暴风雨警告，学校关闭，假期旅游和观光信息，交通报告，和类似的信息。

音频帮助特性

登记数字投币式自动点唱机到OASIS和许多可提供的业务是通过标准交互式话音应答处理的，使用遥控器来响应于任选项和输入信息，诸如信用卡号码和电子邮件地址。也有可能通过PC登录到OASIS网址和使用标准图形用户接口来处理这些功能。然而，如果用户决定使用只有音频的特性，则数字投币式自动点唱机使得可以提供帮助话题和指令的全部清单，所有的数字记录的音频可以使用户一步一步地进行指令处理过程。每个指令组可以重复进行，或由遥控器暂停。

如果用户不能找到适当的帮助话题，或仍旧有问题不能回答，可以加上话音邮件帮助，作为最后的任选项。然后用户可以记录问题和将它们发送到OASIS。可听见的话音邮件应答可以相当快地被发回，回答所提出的问题。比起实时电话呼叫来说，这给出处理技术报告的更有效的方式，因为可以容易地提供支持人员从他们的家中处理这些消息，并且用户听见指令。一旦共同的问题暴露出它没有被包括在数字投币式自动点唱机中，则当他们的系统下一次呼叫OASIS时，它可被加到给所有的用户的新的下载的清单中。因此OASIS业务也包括在软件和帮助指令中所有的最新的更新，以及可被使用来激发新的业务。

本领域技术人员应当理解，在不偏离本发明基本原理的条件下，可以对本发明上述的实施例的细节作出许多改变。所以，本发明的范围只应当由所附的权利要求来规定。

Claims (24)

1.在包括房屋配电线路的配电系统中，电力线通信系统有效地与配电系统相联系，以通过房屋配电线路提供在被电耦合到房屋配电线路的或位于房屋配电线路附近的调制载波信号接收设备之间的高可靠的通信链路，该电力线通信系统包括：

电力线收发信机，被设计成通过房屋配电线路发送和接收在通信链路上输送信息的调制载波信号，电力线收发信机运行在发射机模式作为有意的辐射器，以便通过在一个频带和以足够的功率电平发送调制载波信号而发送所述信号，所述功率电平足以通过电导形成与被电耦合到房屋配电线路的调制载波信号接收设备的通信链路，并且足以通过由跨越电力线配电线路各相耦合的电感应与电磁辐射中的至少一种而形成与位于房屋配电线路附近的调制载波信号接收设备的通信链路。

2.权利要求1的系统，其中房屋配电线路载送AC电功率信号，它经历相对于电参考的AC信号过零交叉，调制载波信号在不一定与AC信号过零交叉的时间同时的时间期间在房屋配电线路上输送信息。

3.权利要求2的系统，其中在房屋配电线路上不存在AC电功率信号的情形下，调制载波信号通过电导形成与调制载波信号接收设备的通信链路。

4.权利要求1的系统，其中频带是在约1.7MHz与约41.0MHz之间的范围内。

5.权利要求4的系统，其中频带处在包括从约1.7MHz到约10.0MHz，从约13.5MHz到约13.6MHz，从约26.9MHz到约27.3MHz，和从约40.6MHz到约41.0MHz的四个范围中的一个范围内。

6.权利要求5的系统，其中对于超过约10.0MHz的频带的范围，调制载波信号具有一个等于它们的各个频带的约1％或更小的带宽。

7.权利要求5的系统，其中对于低于约10.0MHz的频带的范围，调制载波信号具有一个等于或大于它们的各个频带的约10％的带宽。

8.权利要求1的系统，还包括感应或辐射天线，其有效地与电力线收发信机相联系，以发送和接收输送信息的调制载波信号。

9.与配电系统的房屋配电线路相结合使用的电力线通信系统，包括：

房屋配电线路，其被路由成使得在整个房屋内不同的位置处电功率是可提供的；以及

与其有关的电力线发射机，被设计成通过房屋配电线路发送调制载波信号，调制载波信号输送信息，由一个或多个被电耦合到房屋配电线路的或位于房屋配电线路附近的调制载波信号接收机设备接收，电力线发射机作为有意的辐射器运行，以便通过在一个频带和以足够的功率电平发送调制载波信号，所述功率电平足以通过电导形成与被电耦合到房屋配电线路的调制载波信号接收设备的通信链路，并且足以通过由跨越电力线配电线路各相耦合的电感应与电磁辐射中的至少一种而形成与位于房屋配电线路附近的调制载波信号接收设备的通信链路。

10.权利要求9的系统，其中房屋配电线路载送AC电功率信号，它经历相对于电参考的AC信号过零交叉，调制载波信号在不一定与AC信号过零交叉的时间同时的时间期间在房屋配电线路上输送信息。

11.权利要求9的系统，其中频带是在约1.7MHz与约41.0MHz之间的范围内。

12.权利要求11的系统，其中频带处在包括从约1.7MHz到约10.0MHz，从约13.5MHz到约13.6MHz，从约26.9MHz到约27.3MHz，和从约41.6MHz到约41.0MHz的四个范围中的一个范围内。

13.权利要求12的系统，其中对于超过约10.0MHz的频带的范围，调制载波信号具有一个等于它们的各个频带的约1％或更小的带宽。

14.权利要求12的系统，其中对于低于约10.0MHz的频带的范围，调制载波信号具有一个等于或大于它们的各个频带的约10％的带宽。

15.权利要求9的系统，还包括第一和第二收发信机，它们被配置成形成在它们之间的通信链路，第一收发信机包括与其有关的电力线发射机，以及第二收发信机包括被电耦合到房屋配电线路的调制载波信号接收设备。

16.权利要求15的系统，其中第一和第二收发信机包括烟雾检测器设备。

17.权利要求15的系统，其中一个或多个第一和第二收发信机包括电控制设备或条件监视设备。

18.权利要求9的系统，其中房屋配电线路组成第一组房屋配电线路，它们是第一电路的一部分，并且还包括：

第二组房屋配电线路，它们是不同于第一电路的第二电路的一部分；以及

第一和第二收发信机，它们被配置成形成在它们之间的通信链路，第一收发信机包括与其有关的电力线发射机，以及第二收发信机包括位于第一组房屋配电线路附近的调制载波信号设备。

19.权利要求18的系统，其中第一和第二收发信机包括烟雾检测器设备。

20.权利要求1的系统，其中一个或多个第一和第二收发信机包括报警设备。

21.权利要求18的系统，其中一个或多个第一和第二收发信机包括电控制设备或条件监视设备。

22.权利要求18的系统，其中第一和第二收发信机包括各自的第一和第二天线，它们被配置成形成在第一和第二收发信机之间的通信链路，第一发射机从第一天线发射调制载波信号，并且还包括中继信号，该信号对应于输送信息和载送至少某些信息的调制载波信号，所产生的中继信号在第二收发信机通过第二天线接收调制载波信号后由第二收发信机的第二天线发射。

23.权利要求22的系统，其中第一和第二天线中的每个是感应型或辐射型的。

24.权利要求18的系统，还包括：

第三收发信机，被配置成形成与第一和第二收发信机的通信链路，第三收发信机包括电力线发射机和调制载波信号接收设备；以及

与第一收发信机有关的中央监视器和与第二和第三收发信机中的每个有关的安全系统。

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