基于電力載波技術的集成灶系統設計

摘 要：本系統采用福星曉程公司PL3106載波通信芯片，通過家庭電網，實現了燃氣灶和油煙機的聯動控制。該集成灶具有功能豐富，人機交互友好，性能可靠，通信方式抗干擾能力強的特點。

關鍵詞：電力載波；PL3106；集成灶

廚用電器包含很多類別，隨著智能化的概念逐步流行，它朝著數字化和信息化發展是必然的趨勢。電子技術的進步，也使油煙機從傳統的廚電技術向著智能化和自動化水平發展。電力載波通訊技術即PLC，是英文Power Line Communication的簡稱。其利用現有電力線，經過載波方式將模數信號進行高速傳輸，是電力系統特有的通信方式，它最大的優點在于不用重新架設網絡，利用家庭原有民用電網，即可進行信息的傳遞。

本集成灶設計如圖1所示，其中上位機的主要功能為：（1）交互界面；（2）控制進氣閥；（3）點火控制；（4）火焰控制；（5）熄火控制；（6）溫度檢測；（7）安全保護。下位機的主要功能為：（1）電機調速；（2）檢測煙霧；（3）聲音報警。

上、下位機之間通過電力線載波通信，以實現灶具與油煙機的聯動。

上位機主要作用為控制灶具的運行，共有運行和休眠兩個工作狀態。在休眠狀態，它循環掃描監測灶具閥門的位置，當掃描到閥門處于打開狀態，立刻控制閥門關閉。當用戶啟動灶具，控制器接受到命令，則從休眠狀態進入工作狀態。在工作狀態下，上位機通過電力載波模塊將集成灶打開、關閉、燒煮模式、閥門大小等信息傳送給下位機的油煙機控制器。在燒煮過程中，上位機不斷地掃描檢測集成灶燃氣泄漏、熄火等情況，如果出現異常情況，則馬上關閉氣門。系統的人機交互接口設置于灶具中，數碼管LED顯示工作狀態、火力大小和定時時間。電力載波芯片使用福星曉程的PL3106芯片。由于國內電網穩定性較差，該芯片在設計上進行了優化，加強了抗干擾能力，可用于遠程監控、遠程抄表、智能家電等領域。其集成的微處理器功能強大，其中的電力載波的通訊功能由模塊PL2102負責。PL2102為半雙工的異步調制解調器，專門用于電網的通信，可以極高的增強通訊的抗干擾性能，控制也更加方便。PL3106芯片使用PSK調制方式，該調制方式和另外兩種ASK調制方式、FSK調制方式的優點的優點在于通訊效率較高，誤碼率較低，此外，該芯片在擴頻技術上采用的是直序擴頻，抗干擾能力得到大幅提高。載波發射的帶寬是15KHz、中心頻率是120KHz。

載波電路的設計主要分為兩個部分：發送電路和接收電路，具體原理圖如圖2所示。電力線載波通信核心PL3106用來處理載波信號的擴頻編碼、進行解碼，通過外圍電路，可以實現擴頻載波信號的功率輸出和接收。圖2中，PSK_OUT接到該芯片的 PSK_OUT引腳，SIGIN接到PL3106芯片的SIGIN引腳。處在接收信號狀態時，電容C8、C9和電感L3組成頻率為120kHz 的并聯諧振回路，對信號進行帶通濾波后耦合到引腳PL3106 SIGIN。處于發送信號狀態時，PL3106芯片產生高頻載波調制信號經過放大功率后濾波，然后經過線圈耦合到電網上。

下位機用來控制油煙機。其通過電力線通信模塊，根據上位機發出的指令來調整工作狀態。當集成灶運行時，電機啟動，進行排風；當用戶使用完畢關閉灶具時，下位機控制電機延時一分鐘后停止運行。電機調速模塊可以根據火力大小、上位機發出的燒煮模式指令、煙霧傳感器模塊的監測結果、來自動調節電機轉速，以便合理的節約能源。在風機停止工作的狀態時，如果煙霧傳感器模塊監測到煤氣泄露，就會即刻自動打開風機排氣，保障了用戶的使用安全。

智能家居相關技術是當今熱門，本系統是電力載波技術在智能家居控制中的一個應用。采用電力線載波技術，可以節省布線成本，與無線技術比較，在抗干擾性和安全性方面也大大勝出，是智能家居控制的一大方向。

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作者簡介：沈泉涌，碩士學位，講師，高級技師。