家庭電氣布線及改進

1、家庭電氣布線改進及分組控制器設(shè)計李旭關(guān)鍵詞：家庭布線 分組器設(shè)計 節(jié)能環(huán)保 用電安全 摘 要：家庭在用電線路敷設(shè)過程中，為了滿足電器的功率需求，提高電氣絕緣水平，保證電路的可靠，往往采購高質(zhì)量大截面多芯軟銅線進行布線，在提高電氣絕緣和線路可靠性同時，花費了大量的裝修費用。由于家庭電器的增多，布線復(fù)雜，如果布線人員專業(yè)水平不夠，還難以保證電氣布線的可靠性，使高額投入得不到預(yù)期的成效。本文針對以上情況對家庭布線進行了改進，并對現(xiàn)在使用較多的分組器的選擇和針對有特殊用途的分組器進行了設(shè)計改進。0 概述隨著社會的進步和科技的發(fā)展，家用電器大量普及，家庭電氣化水平不斷提高，許多家庭擁有了數(shù)量較多的家用電

2、器。隨著家用電器的增加，家庭裝修中布線的密度越來越大，由于現(xiàn)在社會上的裝修電氣隊伍水平參差不齊，在布線過程中不但給家庭的安全用電帶來隱患，還造成電能的浪費。本文基本思路是在家庭裝修線路敷設(shè)過程中，采取主電源回路和負載回路購買優(yōu)質(zhì)多芯大截面銅芯線進行敷設(shè)，控制回路借鑒電力負荷控制的方式用分組器或繼電器進行控制，因控制回路流過的電流很小，布線中只要選用小截面的普通銅芯導(dǎo)線即可勝任，采取該方式有效縮短了工作回路的線路長度，降低了電能的損耗。利用該布線方式還可簡化接線形式，有效減少線材投資，減小控制回路因密度過大造成的短路事故，是一項環(huán)保經(jīng)濟的改進，在國家大力提倡建設(shè)節(jié)約型社會的今天，有大力推廣的實用

3、價值。1 常規(guī)布線和分組控制布線的比較1.1 常規(guī)布線方式的特點由于常規(guī)接線把控制開關(guān)和被控電器串聯(lián)在回路中，控制回路和主回路的回路電流相等，工作回路和控制回路不能分開，控制回路和主回路中流過的電流相同，電流流過的導(dǎo)線較長，線路損耗較高。常規(guī)布線由于開關(guān)和被控電器必須實現(xiàn)一一對應(yīng)的控制關(guān)系，布線較復(fù)雜，使用的線材較多，布線密度大?，F(xiàn)在裝修因電器設(shè)備的增多和要求的控制方式較復(fù)雜，例如燈光要求多組控制等，如采取常規(guī)布線方式將耗費大量的線材，且布線線路復(fù)雜，易出現(xiàn)故障，發(fā)生短路時還會發(fā)生火災(zāi)等大的災(zāi)害，造成個人和社會的財產(chǎn)損失。傳統(tǒng)接線方式雖然原理簡單，控制容易實現(xiàn)，但接線復(fù)雜，使用的線材和控制元件

4、較多，其典型控制接線如右圖所示。圖中利用三只開關(guān)控制三只燈泡，可見該方式使用了較多的線材和開關(guān)，且控制部分導(dǎo)線截面一般要求和主回路的截面相同。1.2 繼電器擴流控制特點為了解決上述問題，必需通過相應(yīng)的控制元件對主負載進行控制，控制的方式較多，在此主要討論利用繼電器來對用電負載進行控制和擴流。利用該控制方式有許多優(yōu)點，例如可以用較小的電流對大功率電器進行控制?？刂平泳€見左圖所示：圖中，當(dāng)開關(guān)K1斷開時，繼電器線圈KM1沒有電流流過，繼電器常開觸點KM1-1呈斷開狀態(tài)，燈泡L1、L2不亮，當(dāng)開關(guān)K1合上時，繼電器線圈KM1帶電，KM1-1合上，燈泡通電發(fā)光。該控制方式不僅有效的實現(xiàn)了對電器的控制，

5、還方便的實現(xiàn)了電器的遠動控制，在實際布線中，燈泡的主電流回路用較大的線材敷設(shè)，控制回路可以用較小的線材敷設(shè)，有效的減小了線路的損耗和線材的投資。使用繼電器擴流和遠動控制有較強的實用性，但在需要對多組用電負載進行控制時，其局限性就顯現(xiàn)了出來，每多增加一組用電負載就必須增設(shè)一套控制繼電器和開關(guān)，相應(yīng)線路也按比例增加，達不到簡化線路的目的，且工業(yè)用繼電器普遍價格較高，民用的可靠性又較低，所以滿足該類使用要求的分組控制器走上了歷史舞臺。1.3 分組控制特點現(xiàn)在家庭裝修已不在僅僅滿足實用的要求，對居室顏色搭配和燈光效果等都提出了個性化主張，以滿足視覺上的沖擊和感官上的舒適，這樣就增加了家庭燈具和其他影音

6、設(shè)備的數(shù)量，同時對電器的控制方式也變得復(fù)雜多樣，可見通過常規(guī)接線難以滿足現(xiàn)在的控制要求。所以能進行多組分組控制的控制元件應(yīng)運而生。家庭用的分組器原理一般是通過移位寄存器的輸出信號進行控制，開關(guān)的輸入作為寄存器的工作時鐘，每次按下控制開關(guān)都給寄存器時鐘輸入端送入一個觸發(fā)脈沖，使寄存器輸出端進行一次移位輸出，達到控制不同電器的控制目的。其具體接線和原理如左圖所示：在左圖中，M1為分組控制器，當(dāng)開關(guān)每次按下時，給分組器的計數(shù)輸入端輸入一個控制信號，分組器按照：1，2，3，0的順序輸出控制信號，對應(yīng)的晶閘管觸發(fā)端有信號輸入導(dǎo)通，對應(yīng)的燈泡點亮。僅用了一只開關(guān)就可控制三只或更多的燈泡，且控制回路由于電流

7、很?。ˋ級），所以在裝修中可以選擇較小截面的導(dǎo)線，并且還大大簡化了裝修布線的密度，提高了家庭用電的安全性。用分組器控制家用電器有線路簡單，可靠性高，耗電小的優(yōu)點?，F(xiàn)在的電器市場擁有數(shù)量較多的各類分組控制器，通過幾年的發(fā)展，市售的分組器其技術(shù)已相當(dāng)成熟，穩(wěn)定性，可靠性都較高，但在實際使用中有時會遇到市場銷售的分組器不能滿足特殊控制要求的情況。且市場銷售的分組器價格普遍較高，如果能自己動手制作，其成本將大大降低，在后續(xù)的章節(jié)中，介紹一種適合自制的分組器電路，以便給具有動手能力的人員進行制作使用。2 線路分組控制器的設(shè)計眾多集成電路中，在參考了大量控制芯片的技術(shù)資料后，我發(fā)現(xiàn)利用CD4017十進制計

8、數(shù)時序譯碼器設(shè)計的分組器很適合自制，可實現(xiàn)10組逐位獨立輸出控制。CD4017 集成電路又稱十進制計數(shù)脈沖分頻器，它是4000 系列CMOS 數(shù)字集成電路中應(yīng)用最廣泛的電路之一，其結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，性能穩(wěn)定可靠，工藝成熟，使用方便。它與時基集成電路555 一樣，深受廣大電子科技工作者和電子愛好者的喜愛。目前世界各大通用數(shù)字集成電路廠家都生產(chǎn)4017IC ，在國外的產(chǎn)品典型型號為CD4017 ，國內(nèi)早期產(chǎn)品的型號為：C217 、C187 、CC4017 等。2.1 CD40171C 結(jié)構(gòu)原理簡介CMOS CD4O17IC 采用標(biāo)準的雙列直插式 腳塑封（引腳排列參考圖2所示），CC4017 是國

9、標(biāo)型號，它與國外同類產(chǎn)品CD4017 在邏輯功能、引出端和電參數(shù)等方面完全相同，可以直接互換。該電路具有電壓范圍寬，功耗小，抗干擾性能強的特點。其引腳功能如下：引腳編號功能描述1Y5第5 輸出端2Y1第1輸出端3Y0第0輸出端，電路清零時，該端為高電平4Y2第2 輸出端5Y6第6 輸出端6Y7第7 輸出端7Y3第3 輸出端8Vss電源負端9Y8第8 輸出端10Y4第4 輸出端11Y9第9 輸出端12Qco級聯(lián)進位輸出端，每輸入10 個時鐘脈沖，就可得一個進位輸出脈沖，因此進位輸出信號可作為下一級計數(shù)器的時鐘信號13時鐘輸入端，脈沖下降沿有效14CP時鐘輸入端，脈沖上升沿有效15R清零輸入端，在

10、“R”端加高電平或正脈沖時，CD4017IC 計數(shù)器中各計數(shù)單元輸出低電平“0”，在譯碼器中只有對應(yīng)“0”狀態(tài)的輸出端Y0為高電平16VDD電源正端，318V 直流電壓 CD4017IC內(nèi)部由十進制計數(shù)器電路和時序譯碼電路兩部分組成，十進制計數(shù)器采用約翰遜計數(shù)器，約翰遜計數(shù)器構(gòu)成的串行移位寄存器具有編碼可靠、工作速度快、譯碼簡單、譯碼輸出無過渡脈沖干擾等特點。CD4017IC 的基本功能是對“CP”端輸入脈沖的個數(shù)進行十進制計數(shù)，并按照輸入脈沖的個數(shù)順序?qū)⒚}沖分配在Y0Y9這十個輸出端，計滿十個數(shù)后計數(shù)器復(fù)零，同時輸出一個進位脈沖。輸入輸出波形見下圖：2.2 使用CD4017設(shè)計的線路分組控制

11、器原理和使用簡述利用CD4017的上述原理，充分利用IC的功能，設(shè)計了一個簡潔實用的分組控制器，該電路不但簡潔可靠，而且易于對控制組數(shù)進行擴展，具有較高的實用性，下圖為控制器的原理接線圖：圖中220V電源經(jīng)R1、C1、VDW1、D1、C2為控制器提供約12V直流電源；控制脈沖通過R2限流后和控制開關(guān)連接，當(dāng)開關(guān)通斷一次即給CD4017的14腳CP脈沖輸入端提供一個輸入脈沖，CD4017內(nèi)部十進制約翰遜計數(shù)器進行一次計數(shù)，時序譯碼電路譯碼后使CD4017輸出口Y0置高電平，對應(yīng)的晶閘管JR1觸發(fā)端因高電平而觸發(fā)導(dǎo)通，通過L1將電能送出到被控負載，負載得電進行工作。當(dāng)開關(guān)再次分合后CP獲得第二個輸

12、入脈沖，計數(shù)器移位計數(shù)并使Y1口獲得高電平，當(dāng)經(jīng)過五次脈沖輸入后，Y4口為高電平，下一個脈沖到來后，由于Y5口接到IC的復(fù)位輸入端，當(dāng)復(fù)位輸入R端輸入高電平時，電路對十進制約翰遜計數(shù)器進行復(fù)位，譯碼后除Y0為高電平外，Y1Y4都為低電平，對應(yīng)的雙向晶閘管觸發(fā)端無觸發(fā)電壓而截止，被控電器因斷電而停止工作。實際使用中，由于Y0控制的L1被控回路在控制器通電或復(fù)位后都有電能輸出，除特殊控制如需要預(yù)熱或需提前通電準備的負載外，家庭使用可以把L1接入一個小功率燈泡，作為電源指示或夜間照明，如不考慮該使用方式時應(yīng)把該輸出端懸空不用，被控?zé)艟邚腖2開始接入，如控制組數(shù)較多可將接入到R端的跳線后移，直至滿足需

13、求。3 總結(jié)通過分析常規(guī)接線方式、繼電器擴流控制接線方式和分組器分組控制接線方式的特點，不難看出三種接線方式的優(yōu)劣，其中常規(guī)接線方式雖然原理簡單，但控制較多負載時接線會變得很復(fù)雜，對安全用電不利，安全隱患大，由于負載回路和控制回路不能分開，電流同時流過負載回路和控制回路，致使線路損耗加大；繼電器擴流控制接線雖能把控制回路和負載回路分開，有效的節(jié)約了線路的電能損耗，但對多組控制電器進行控制時，其線路也變得復(fù)雜，需要敷設(shè)較多的控制線路，達不到節(jié)省布線費用的目的；分組控制器控制的線路能同時解決常規(guī)接線和繼電器擴流控制接線的矛盾，是現(xiàn)在家庭布線設(shè)計時比較優(yōu)化的設(shè)計方案。利用控制元件對電器進行弱電控制，增強了用電的安全性，且采用小截面導(dǎo)線進行控制后，將大大減少大截面線材的使用數(shù)量，達到了節(jié)約布線成本的目的。在實際使用中，如控制回路與控制回路或控制回路與主回路等發(fā)生短接等故障時，不會有大電流流過故障回路，避免了安全事故的發(fā)生。利用該布線形式，還可有效的減少主回路的線路長度，降低了線路的損耗，使家庭用電能耗降到最低，達到了節(jié)能的目的。由此總結(jié)可看出，改變傳統(tǒng)布線形式，不但可以方便的對多組用電負載進行有效控制，簡化布線的復(fù)雜程度，節(jié)省線材的使用數(shù)量，還大大降低了電能的損耗，提高了用電的