住宅小区路灯线路光时控制器设计(原稿).doc

住宅小区路灯线路光时控制器设计1 住宅小区路灯线路光时控制器设计住宅小区路灯线路光时控制器设计 李升源 1 李 静2 1 江西理工大学机电工程学院 赣州 341000 2 上海鸿硕建设开发有限公司 上海 201103 摘摘 要 要 根据城镇住宅小区路灯照明的特点 设计了一种新颖的路灯线路光时 控制器 光控电路由 CMOS 同相缓冲器组成的施密特触发器以及光敏电阻等元件组 成 时控电路采用 CMOS 同相缓冲器组成的电容充电式延时电路 介绍了其电路组 成 工作原理 参数设计 并通过电路仿真证明了其可行性 电路简单 成本低 使用方便 实际使用效果良好 在工厂 机关 学校 住宅小区和楼宇通道等场所 的路灯线路控制中均有很好的实用价值 关键词 关键词 路灯线路 光时控制 住宅小区 CMOS 缓冲器 中图分类号 中图分类号 TU113 6 文献标识码 文献标识码 B 文章编号 文章编号 Design of Light time Controller for Residential District Road Lighting Line LI Shengyuan LI Jing 1 Faculty of Mechanical and Electronic Engineering Jiangxi University of Science and Technology Ganzhou 341000 China 2 Shanghai Hongshuo construction development limited company Shanghai 201103 China Abstract According to the characteristics of cities residential district road illumination a kind of novel road lighting line light time controller is designed The light controlling electric circuit is composed of the Schmitt trigger which is composed of the CMOS synchronism buffer and the photosensitive resistance and so on the time controlling electric circuit is composed of capacitor charge type delay electric circuit with the CMOS synchronism buffer The electric circuit composition the work principle and the parameter design are introduced The feasibility is proven through the circuit simulation The electric circuit is simple the cost is low the operation is easy and actually using effect is good It has the very good practical value in controlling road lighting line of factories authorities schools residential district and building channel etc Key words road lighting line light time control residential district CMOS buffer 0 引引 言言 科学合理地控制路灯的开灯和关灯时间是路灯照明线路节省电能的有效途径之一 1 2 目前 路灯线路控制器产品型号繁多 归纳起来可分为光控型 时控型和光时双控型三种类 型 2 6 光控型不能实现午夜行人少时的关灯功能 时控型不能实现阴雨天提前开灯和晴天 推迟开灯功能 3 4 住宅小区的路灯一般要求傍晚开灯 午夜关灯 或部分关灯 因此 光 时双控是住宅小区路灯线路控制的最佳选择 2 7 目前的路灯线路控制器产品大都采用微处 理器 可编程控制器或单片机组成 5 8 这类路灯线路控制器的特点是功能比较全面 缺点 是成本较高 设置较麻烦 为此 笔者根据住宅小区路灯照明线路的特点 采用 CMOS 缓 冲器为基本 李升源 1950 男 副教授 从事电子技术教学 主要研究方向为电力系统的控制和保护 简单实用的住宅小区路灯线路光时控制器2 李 静 1986 女 造价员 主要研究方向为建筑工程造价和楼宇装修工程造价 简单实用的住宅小区路灯线路光时控制器3 元件 设计了一种新颖的路灯照明线路光时控制器 1 电路组成电路组成 1 1 组成框图组成框图 组成框图如图 1 所示 由直流稳压电源 光控电路 时控电路和驱动电路 4 部分组成 当开关与位置 1 接通时 只有傍晚开灯 天亮关灯的光控功能 当开关与位置 2 接通时 则 有傍晚开灯 午夜关灯的光时双控功能 图 1 组成框图 1 2 组成电路组成电路 组成电路如图 2 所示 直流稳压电源采用单相全波整流 电容滤波和稳压管稳压电路组 成 光控电路由电阻 R2和光敏电阻 R3组成的分压电路以及由 CMOS 同相缓冲器 G1和电阻 R4 R5组成的施密特触发器组成 利用施密特触发器的滞回特性 可有效提高光控电路的抗 干扰能力 8 电阻 R6 R8 电容 C3 CMOS 同相缓冲器 G2和二极管 D3组成时控电路 延 时时间分三档 由开关 S1切换 9 电阻 R9 晶体管 T 干簧继电器 RR 内设续流二极管 和开关 S2组成驱动电路 图 2 组成电路 2 工作原理工作原理 2 1 光控原理光控原理 图 2 的开关 S2拨到位置 1 时 即可实现光控功能 白天光线强时 光敏电阻 R3呈低阻 a 电点位低于施密特触发器的正向阈值电压 b 点为低电平 晶体管 T 截止 干簧继电器 RR 不动作 傍晚光线弱时 光敏电阻 R3呈高阻 a 点电位升高 当 a 点电位高于施密特触发器 的正向阈值电压时 b 点电位翻转为高电平 晶体管 T 导通 干簧继电器 RR 动作 使干簧 继电器 RR 的触头驱动执行元件 交流接触器或其它控制电器 给路灯线路送电 次日清晨 光线再次变强而使 a 电点位低于施密特触发器的负向阈值电压时 b 点翻转为低电平 晶体 管 T 截止 干簧继电器 RR 返回 使执行元件返回 切断路灯线路电源 电容 C2用于吸收 简单实用的住宅小区路灯线路光时控制器4 瞬时亮光的干扰 2 2 光时双控原理光时双控原理 图 2 的开关 S2拨到位置 2 时 即可实现光时双控功能 白天光线强时 光敏电阻 R3呈 低阻 a 点电位低于施密特触发器的正向阈值电压 b c d 点均为低电平 晶体管 T 截至 干簧继电器 RR 不动作 傍晚光线弱时 光敏电阻 R3呈高阻 当 a 点电位高于施密特触发器 的正向阈值电压时 开始 b c d 点均为高电平 干簧继电器 RR 动作 使干簧继电器 RR 的触头驱动执行元件给路灯线路送电 此时 电容 C3开始充电 使 c 点电位 vc下降 午夜 vc下降到 CMOS 缓冲器的阈值电压时 d 点翻转为低电平 晶体管 T 截至 干簧继电器 RR 返回 使执行元件返回 切断路灯线路电源 次日清晨光线再次变强而使 a 电点位低于施密 特触发器的负向阈值电压时 b 点翻转为低电平 电容 C3通过二极管 D3迅速放电 为次日 傍晚路灯线路再次送电做好准备 3 参数设计参数设计 大多数参数可参照有关电子技术教材进行 以下仅讨论几个主要参数的设计 3 1 R4和和 R5阻值的确定阻值的确定 R4和 R5阻值的比值关系到施密特触发器的阈值电压 即 8 1 TH 5 4 T 1 V R R V 2 TH 5 4 T 1 V R R V 式中 VT 为施密特触发器的正向阈值电压 VT 为施密特触发器的负向阈值电压 VTH为 CMOS 缓冲器的阈值电压 VTH 0 5VDD VT 在 VTH VDD范围内取值 R4一般可在几兆欧 的范围内取值 将 VT VTH和 R4的阻值代入式 1 即可求得 R5的阻值 再将 VTH和 R4 R5的阻值代入式 2 即可求得 VT 3 2 R2和和 R3阻值的确定阻值的确定 为了不给施密特触发器的阈值电压产生太大的影响 R3宜选择亮阻和暗阻均较小的光敏 电阻 通常 要求傍晚光照度低到 10Lux 开始开灯 由此可导出 R2的阻值的计算式 3 3 10Lux T TDD 2 R V VV R 式中 R3 10Lux 为照度为 10Lux 时光敏电阻 R3的阻值 3 3 C3容量和 R6 R8阻值的确定 C3的容量和 R6 或 R7 R8 的阻值确定延时电路的延时时间 根据 RC 电路的暂态分析 C3充电时 图 2 中 c 点电位随时间的变化规律为 10 4 2 x OHc e CR t Vv 式中 VOH为 CMOS 同相缓冲器高电平输出时的输出电压 Rx为 R6 R8某一电阻的阻值 由于 R6 R8的阻值较大 故 VOH VDD 代入式 4 得 5 2 x DDc e CR t Vv 上式中 令 vc1 VTH 0 5VDD 所求得的时间 t 即为延时电路的延时时间 T 即 6 3x2x 69315050lnCR CRT 由于傍晚路灯开灯后 经 5 7 小时即进入午夜关灯时间 因此 可将三档延时时间 简单实用的住宅小区路灯线路光时控制器5 T1 T2和 T3分别设计为 5H 18000s 6H 21600s 和 7H 25200s 供用户根据具体情况 进行选择 设计时 可先确定 C3的容量 一般可在几千微法的范围内选择 然后将 T1 T2 和 T3的取值分别代入式 6 所求得的 Rx的阻值则分别为所需的 R6 R7和 R8的阻值 4 电路仿真电路仿真 按照上述方法 采用 Multisim 软件设计了一个路灯光时控制器电路 并进行了仿真分 析 仿真电路主要技术指标的理论值如表 1 所示 表 1 仿真电路主要技术指标的理论值 VT VVT VT1 sT2 sT3 s 32180002160025200 图 3 a 和图 3 b 为光电转换电路中施密特触发器 a 点电位分别为 s211 V 5 5 s10V5 a tt t t v 和 s201010 V 0 5 5 s100V50 a tt t t v 时的仿真波形 从图 3 可以看出 仿真波形与表 1 的理论值完全一致 即当 va上升时 vb正 好在 va上升到 VT 3V 时由低电平翻转为高电平 当 va下降时 vb也正好在 va下降 VT 2V 时由高电平翻转为低电平 且 vb状态的改变与 va随时间变化的快慢无关 图 3 施密特触发器仿真波形 图 4 a 图 4 b 和图 4 c 为在图 1 中 a 点加高电平延时电路延时时间理论值分别 切换到 T1 18000s T2 21600s 和 T3 25200s 时的仿真波形 从图 4 可以看出 各延 时时间与表 1 的理论值完全相同 且 d 点正好在 vc 0 5VDD 即 CMOS 缓冲器阈值电压处 由高电平翻转为低电平 图 4 a 图 4 b 和图 4 c 为在图 1 中 a 点加高电平延时电路 延时时间理论值分阻值 简单实用的住宅小区路灯线路光时控制器6 图 4 延时电路仿真波形 5 应应 用用 图 5 为一种采用交流接触器 KM 作为执行元件的应用电路 图中刀闸开关 Q 用安装维 护时隔离电源 熔断器 FU 用于短路保护 图中 RR 为控制器中干簧继电器的动合触头 以 控制交流接触器线圈的通电何断电 进而控制交流接触器的主触头的通断 实现对路灯照明 线路的控制 安装时应特别注意的是 应将光敏电阻置于灯光不能直接照射到的能避雨雪的 自然光环境中 图 5 基本应用电路 该控制器已在某住宅小区得以实际应用 该小区原来采用的是不带光控功能 根据经纬 度不同自动调整送电和停电时间的微处理器型控制器 因此 不能根据天气情况 晴天 阴 天或雨天 调整路灯线路的送电和停电时间 改用上述光时控制器后 不仅能根据天气情况 自动调整路灯线路的送电和停电时间 而且能季节的不同自动调整路灯线路的送电和停电时 间 在该小区中 采用两路图 5 所示的应用电路 一路用作光控 另一路用作光时双控 使 简单实用的住宅小区路灯线路光时控制器7 午夜后大部分路灯熄灭 仅保留小区大门附近和主干道少数路灯到天亮关灯 经多年使用结 果表明 效果良好 并使该小区的室外路灯照明年度用电量比原来节省近 30 6 结结 语语 该路灯线路光时控制器虽是为城镇住宅小区专门设计的 但它不仅可用于控制住宅小区 的路灯线路 对于控制工厂 机关 学校和楼宇通道等场所的路灯线路也有很好的实用价值 它具有以下主要特点 1 结构简单 成本低 其成本为采用微处理器 可编程控制器或单片机组成的路灯 线路控制器的几十分之一 2 使用方便 无须进行复杂的设置或调试 3 可根据天气情况和季节的不同自动调整路灯线路的送电和停电时间 参考文献参考文献 1 徐 华 浅谈照明控制及智能照明控制系统 J 低压电器 2008 6 4 7 2 上海巨发仪表电器有限公司 路灯光控自动开关 EB OL http www jufaele Com products type asp pclass 路