基于电力载波技术的集成灶系统设计

摘 要：本系统采用福星晓程公司PL3106载波通信芯片，通过家庭电网，实现了燃气灶和油烟机的联动控制。该集成灶具有功能丰富，人机交互友好，性能可靠，通信方式抗干扰能力强的特点。

关键词：电力载波；PL3106；集成灶

厨用电器包含很多类别，随着智能化的概念逐步流行，它朝着数字化和信息化发展是必然的趋势。电子技术的进步，也使油烟机从传统的厨电技术向着智能化和自动化水平发展。电力载波通讯技术即PLC，是英文Power Line Communication的简称。其利用现有电力线，经过载波方式将模数信号进行高速传输，是电力系统特有的通信方式，它最大的优点在于不用重新架设网络，利用家庭原有民用电网，即可进行信息的传递。

本集成灶设计如图1所示，其中上位机的主要功能为：（1）交互界面；（2）控制进气阀；（3）点火控制；（4）火焰控制；（5）熄火控制；（6）温度检测；（7）安全保护。下位机的主要功能为：（1）电机调速；（2）检测烟雾；（3）声音报警。

上、下位机之间通过电力线载波通信，以实现灶具与油烟机的联动。

上位机主要作用为控制灶具的运行，共有运行和休眠两个工作状态。在休眠状态，它循环扫描监测灶具阀门的位置，当扫描到阀门处于打开状态，立刻控制阀门关闭。当用户启动灶具，控制器接受到命令，则从休眠状态进入工作状态。在工作状态下，上位机通过电力载波模块将集成灶打开、关闭、烧煮模式、阀门大小等信息传送给下位机的油烟机控制器。在烧煮过程中，上位机不断地扫描检测集成灶燃气泄漏、熄火等情况，如果出现异常情况，则马上关闭气门。系统的人机交互接口设置于灶具中，数码管LED显示工作状态、火力大小和定时时间。电力载波芯片使用福星晓程的PL3106芯片。由于国内电网稳定性较差，该芯片在设计上进行了优化，加强了抗干扰能力，可用于远程监控、远程抄表、智能家电等领域。其集成的微处理器功能强大，其中的电力载波的通讯功能由模块PL2102负责。PL2102为半双工的异步调制解调器，专门用于电网的通信，可以极高的增强通讯的抗干扰性能，控制也更加方便。PL3106芯片使用PSK调制方式，该调制方式和另外两种ASK调制方式、FSK调制方式的優点的优点在于通讯效率较高，误码率较低，此外，该芯片在扩频技术上采用的是直序扩频，抗干扰能力得到大幅提高。载波发射的带宽是15KHz、中心频率是120KHz。

载波电路的设计主要分为两个部分：发送电路和接收电路，具体原理图如图2所示。电力线载波通信核心PL3106用来处理载波信号的扩频编码、进行解码，通过外围电路，可以实现扩频载波信号的功率输出和接收。图2中，PSK_OUT接到该芯片的 PSK_OUT引脚，SIGIN接到PL3106芯片的SIGIN引脚。处在接收信号状态时，电容C8、C9和电感L3组成频率为120kHz 的并联谐振回路，对信号进行带通滤波后耦合到引脚PL3106 SIGIN。处于发送信号状态时，PL3106芯片产生高频载波调制信号经过放大功率后滤波，然后经过线圈耦合到电网上。

下位机用来控制油烟机。其通过电力线通信模块，根据上位机发出的指令来调整工作状态。当集成灶运行时，电机启动，进行排风；当用户使用完毕关闭灶具时，下位机控制电机延时一分钟后停止运行。电机调速模块可以根据火力大小、上位机发出的烧煮模式指令、烟雾传感器模块的监测结果、来自动调节电机转速，以便合理的节约能源。在风机停止工作的状态时，如果烟雾传感器模块监测到煤气泄露，就会即刻自动打开风机排气，保障了用户的使用安全。

智能家居相关技术是当今热门，本系统是电力载波技术在智能家居控制中的一个应用。采用电力线载波技术，可以节省布线成本，与无线技术比较，在抗干扰性和安全性方面也大大胜出，是智能家居控制的一大方向。

参考文献

[1]胡晓娟.采用中压电力载波通信的煤矿集抄系统[J].科技创新导报，2011，22：133-135.

[2]侯青波.基于OFDM的电力载波通信的智能家居系统设计与实现[D].云南大学，2013.

[3]陆志远.基于电力载波的温室监控系统设计[D].宁夏大学，2013.

[4]孙萍，马维华.基于电力载波通信的家电控制系统设计与实现[J]. 微型机与应用，2012，1：23-26.

作者简介：沈泉涌，硕士学位，讲师，高级技师。