基于電力載波技術(shù)的集成灶系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：本系統(tǒng)采用福星曉程公司PL3106載波通信芯片，通過(guò)家庭電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了燃?xì)庠詈陀蜔煓C(jī)的聯(lián)動(dòng)控制。該集成灶具有功能豐富，人機(jī)交互友好，性能可靠，通信方式抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。

關(guān)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(shù)字化和信息化發(fā)展是必然的趨勢(shì)。電子技術(shù)的進(jìn)步，也使油煙機(jī)從傳統(tǒng)的廚電技術(shù)向著智能化和自動(dòng)化水平發(fā)展。電力載波通訊技術(shù)即PLC，是英文Power Line Communication的簡(jiǎn)稱。其利用現(xiàn)有電力線，經(jīng)過(guò)載波方式將模數(shù)信號(hào)進(jìn)行高速傳輸，是電力系統(tǒng)特有的通信方式，它最大的優(yōu)點(diǎn)在于不用重新架設(shè)網(wǎng)絡(luò)，利用家庭原有民用電網(wǎng)，即可進(jìn)行信息的傳遞。

本集成灶設(shè)計(jì)如圖1所示，其中上位機(jī)的主要功能為：（1）交互界面；（2）控制進(jìn)氣閥；（3）點(diǎn)火控制；（4）火焰控制；（5）熄火控制；（6）溫度檢測(cè)；（7）安全保護(hù)。下位機(jī)的主要功能為：（1）電機(jī)調(diào)速；（2）檢測(cè)煙霧；（3）聲音報(bào)警。

上、下位機(jī)之間通過(guò)電力線載波通信，以實(shí)現(xiàn)灶具與油煙機(jī)的聯(lián)動(dòng)。

上位機(jī)主要作用為控制灶具的運(yùn)行，共有運(yùn)行和休眠兩個(gè)工作狀態(tài)。在休眠狀態(tài)，它循環(huán)掃描監(jiān)測(cè)灶具閥門的位置，當(dāng)掃描到閥門處于打開狀態(tài)，立刻控制閥門關(guān)閉。當(dāng)用戶啟動(dòng)灶具，控制器接受到命令，則從休眠狀態(tài)進(jìn)入工作狀態(tài)。在工作狀態(tài)下，上位機(jī)通過(guò)電力載波模塊將集成灶打開、關(guān)閉、燒煮模式、閥門大小等信息傳送給下位機(jī)的油煙機(jī)控制器。在燒煮過(guò)程中，上位機(jī)不斷地掃描檢測(cè)集成灶燃?xì)庑孤⑾ɑ鸬惹闆r，如果出現(xiàn)異常情況，則馬上關(guān)閉氣門。系統(tǒng)的人機(jī)交互接口設(shè)置于灶具中，數(shù)碼管LED顯示工作狀態(tài)、火力大小和定時(shí)時(shí)間。電力載波芯片使用福星曉程的PL3106芯片。由于國(guó)內(nèi)電網(wǎng)穩(wěn)定性較差，該芯片在設(shè)計(jì)上進(jìn)行了優(yōu)化，加強(qiáng)了抗干擾能力，可用于遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程抄表、智能家電等領(lǐng)域。其集成的微處理器功能強(qiáng)大，其中的電力載波的通訊功能由模塊PL2102負(fù)責(zé)。PL2102為半雙工的異步調(diào)制解調(diào)器，專門用于電網(wǎng)的通信，可以極高的增強(qiáng)通訊的抗干擾性能，控制也更加方便。PL3106芯片使用PSK調(diào)制方式，該調(diào)制方式和另外兩種ASK調(diào)制方式、FSK調(diào)制方式的優(yōu)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)在于通訊效率較高，誤碼率較低，此外，該芯片在擴(kuò)頻技術(shù)上采用的是直序擴(kuò)頻，抗干擾能力得到大幅提高。載波發(fā)射的帶寬是15KHz、中心頻率是120KHz。

載波電路的設(shè)計(jì)主要分為兩個(gè)部分：發(fā)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(lái)處理載波信號(hào)的擴(kuò)頻編碼、進(jìn)行解碼，通過(guò)外圍電路，可以實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻載波信號(hào)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(hào)狀態(tài)時(shí)，電容C8、C9和電感L3組成頻率為120kHz 的并聯(lián)諧振回路，對(duì)信號(hào)進(jìn)行帶通濾波后耦合到引腳PL3106 SIGIN。處于發(fā)送信號(hào)狀態(tài)時(shí)，PL3106芯片產(chǎn)生高頻載波調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)放大功率后濾波，然后經(jīng)過(guò)線圈耦合到電網(wǎng)上。

下位機(jī)用來(lái)控制油煙機(jī)。其通過(guò)電力線通信模塊，根據(jù)上位機(jī)發(fā)出的指令來(lái)調(diào)整工作狀態(tài)。當(dāng)集成灶運(yùn)行時(shí)，電機(jī)啟動(dòng)，進(jìn)行排風(fēng)；當(dāng)用戶使用完畢關(guān)閉灶具時(shí)，下位機(jī)控制電機(jī)延時(shí)一分鐘后停止運(yùn)行。電機(jī)調(diào)速模塊可以根據(jù)火力大小、上位機(jī)發(fā)出的燒煮模式指令、煙霧傳感器模塊的監(jiān)測(cè)結(jié)果、來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，以便合理的節(jié)約能源。在風(fēng)機(jī)停止工作的狀態(tài)時(shí)，如果煙霧傳感器模塊監(jiān)測(cè)到煤氣泄露，就會(huì)即刻自動(dòng)打開風(fēng)機(jī)排氣，保障了用戶的使用安全。

智能家居相關(guān)技術(shù)是當(dāng)今熱門，本系統(tǒng)是電力載波技術(shù)在智能家居控制中的一個(gè)應(yīng)用。采用電力線載波技術(shù)，可以節(jié)省布線成本，與無(wú)線技術(shù)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(jiǎn)介：沈泉涌，碩士學(xué)位，講師，高級(jí)技師。