住宅小区路灯线路光时控制器设计原稿

1、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 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：路灯线路；光时控制；住宅小区；CMOS缓冲器中

2、图分类号：TU113.6 文献标识码：B 文章编号：Design of Light-time Controller for Residential District Road Lighting LineLI 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 c

3、ompany, 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 s

4、ynchronism 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 feasibi

5、lity 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 chann

6、el etc. Key words: road lighting line; light-time control; residential district; CMOS buffer0 引 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

7、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。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。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1.1 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

8、控功能。图1 组成框图1.2 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R6R8、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2.1 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，

9、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用于吸收瞬时亮光的干扰。2.2 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

10、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

11、准备。3 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R5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） （2） 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VTHVDD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R3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

12、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） 式中：R3（10Lux）为照度为10Lux时光敏电阻R3的阻值。3.3 C3容量和R6R8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） 式中：VOH为CMOS同相缓冲器高电平输出时的输出电压；Rx为R6R8某一电阻的阻值。由于R6R8的阻值较大，故VOHVDD，代入式（4）得 （5） 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） 由于傍

13、晚路灯开灯后，经57小时即进入午夜关灯时间，因此，可将三档延时时间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 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 /s321800021600

14、25200 图3（a）和图3（b）为光电转换电路中施密特触发器a点电位分别为和时的仿真波形。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=0.5

15、VDD（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。图4 延时电路仿真波形5 应 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

16、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 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

17、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】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=路灯光控自动开关. 2009-2-10.3 北京长明灯科技有限公司. 时控型路灯控制器EB/OL. http:/ www. sohu. net /home/1/cnlamp.chance 2767. 2008-11-28.4 上海巨发仪表电器有限公司. SDK-6电脑型智能路灯控制器（经纬度智能路灯控制器）EB/OL. http:/www. jufaele. com/products_view.asp?id=42. 2009-2-18. 5 北京长明灯科技有限公司. 时控可调型路灯控制器EB/OL. html. 2008-11-30.6 杭州开普计算机控制设备有限公司. KPL