住宅小區(qū)路燈線路光時(shí)控制器設(shè)計(jì)原稿

-.z住宅小區(qū)路燈線路光時(shí)控制器設(shè)計(jì)李升源1,李靜2〔1．**理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，**341000；2．**鴻碩建立開(kāi)發(fā)**，**201103〕摘要：根據(jù)城鎮(zhèn)住宅小區(qū)路燈照明的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種新穎的路燈線路光時(shí)控制器。光控電路由CMOS同相緩沖器組成的施密特觸發(fā)器以及光敏電阻等元件組成，時(shí)控電路采用CMOS同相緩沖器組成的電容充電式延時(shí)電路。介紹了其電路組成，工作原理，參數(shù)設(shè)計(jì)，并通過(guò)電路仿真證明了其可行性。電路簡(jiǎn)單，本錢低，使用方便，實(shí)際使用效果良好，在工廠、機(jī)關(guān)、學(xué)校、住宅小區(qū)和樓宇通道等場(chǎng)所的路燈線路控制中均有很好的實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：路燈線路；光時(shí)控制；住宅小區(qū)；CMOS緩沖器中圖：TU113.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章Designoflight-timecontrollerforresidentialdistrictroadlightinglineLishengyuan，LiJing〔1.facultyofmechanicalandelectronicengineering,Jiang*iuniversityofscienceandtechnology,Ganzhou341000,China;2.Shanghaihongshuoconstructiondevelopmentlimitedpany,Shanghai201103,China〕Abstract:Accordingtothecharacteristicsofcitiesresidentialdistrictroadillumination,akindofnovelroadlightinglinelight-timecontrollerisdesigned.ThelightcontrollingelectriccircuitisposedoftheSchmitttriggerwhichisposedoftheCMOSsynchronismbufferandthephotosensitiveresistanceandsoon;thetimecontrollingelectriccircuitisposedofcapacitorchargetypedelayelectriccircuitwiththeCMOSsynchronismbuffer.Theelectriccircuitposition,theworkprincipleandtheparameterdesignareintroduced.thefeasibilityisproventhroughthecircuitsimulation.Theelectriccircuitissimple,thecostislow,theoperationiseasy,andactuallyusingeffectisgood.Ithastheverygoodpracticalvalueincontrollingroadlightinglineoffactories,authorities,schools,residentialdistrictandbuildingchanneletc.Keywords:roadlightingline;light-timecontrol;residentialdistrict;CMOSbuffer-.z0引言科學(xué)合理地控制路燈的開(kāi)燈和關(guān)燈時(shí)間是路燈照明線路節(jié)省電能的有效途徑之一[1-2]。目前，路燈線路控制器產(chǎn)品型號(hào)繁多，歸納起來(lái)可分為光控型、時(shí)控型和光時(shí)雙控型三種類型[2-6]。光控型不能實(shí)現(xiàn)午夜行人少時(shí)的關(guān)燈功能，時(shí)控型不能實(shí)現(xiàn)陰雨天提前開(kāi)燈和晴天推遲開(kāi)燈功能[3-4]。住宅小區(qū)的路燈一般要求黃昏開(kāi)燈，午夜關(guān)燈〔或局部關(guān)燈〕，因此，光時(shí)雙控是住宅小區(qū)路燈線路控制的最正確選擇[2-7]。目前的路燈線路控制器產(chǎn)品大都采用微處理器、可編程控制器或單片機(jī)組成[5-8]。這類路燈線路控制器的特點(diǎn)是功能比擬全面，缺點(diǎn)是本錢較高，設(shè)置較麻煩。為此，筆者根據(jù)住宅小區(qū)路燈照明線路的特點(diǎn)，采用CMOS緩沖器為根本———————————李升源〔1950-〕，男，副教授。從事電子技術(shù)教學(xué)，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)的控制和保護(hù)。-.z李靜〔1986-〕，女，造價(jià)員。主要研究方向?yàn)榻ㄖこ淘靸r(jià)和樓宇裝修工程造價(jià)。-.z元件，設(shè)計(jì)了一種新穎的路燈照明線路光時(shí)控制器。-.z1電路組成1.1組成框圖組成框圖如圖1所示。由直流穩(wěn)壓電源、光控電路、時(shí)控電路和驅(qū)動(dòng)電路4局部組成。當(dāng)開(kāi)關(guān)與位置1接通時(shí)，只有黃昏開(kāi)燈、天亮關(guān)燈的光控功能；當(dāng)開(kāi)關(guān)與位置2接通時(shí)，則有黃昏開(kāi)燈、午夜關(guān)燈的光時(shí)雙控功能。-.z圖1組成框圖1.2組成電路組成電路如圖2所示。直流穩(wěn)壓電源采用單相全波整流、電容濾波和穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路組成。光控電路由電阻R2和光敏電阻R3組成的分壓電路以及由CMOS同相緩沖器G1和電阻R4、R5組成的施密特觸發(fā)器組成，利用施密特觸發(fā)器的滯回特性，可有效提高光控電路的抗干擾能力[8]。電阻R6～R8、電容C3、CMOS同相緩沖器G2和二極管D3組成時(shí)控電路，延時(shí)時(shí)間分三檔，由開(kāi)關(guān)S1切換[9]。電阻R9、晶體管T、干簧繼電器RR〔內(nèi)設(shè)續(xù)流二極管〕和開(kāi)關(guān)S2組成驅(qū)動(dòng)電路。-.z-.z圖2組成電路2工作原理2.1光控原理圖2的開(kāi)關(guān)S2撥到位置1時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)光控功能。白天光線強(qiáng)時(shí)，光敏電阻R3呈低阻，a電點(diǎn)位低于施密特觸發(fā)器的正向閾值電壓，b點(diǎn)為低電平，晶體管T截止，干簧繼電器RR不動(dòng)作；黃昏光線弱時(shí)，光敏電阻R3呈高阻，a點(diǎn)電位升高，當(dāng)a點(diǎn)電位高于施密特觸發(fā)器的正向閾值電壓時(shí)，b點(diǎn)電位翻轉(zhuǎn)為高電平，晶體管T導(dǎo)通，干簧繼電器RR動(dòng)作，使干簧繼電器RR的觸頭驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件〔交流接觸器或其它控制電器〕給路燈線路送電；次日清晨光線再次變強(qiáng)而使a電點(diǎn)位低于施密特觸發(fā)器的負(fù)向閾值電壓時(shí)，b點(diǎn)翻轉(zhuǎn)為低電平，晶體管T截止，干簧繼電器RR返回，使執(zhí)行元件返回，切斷路燈線路電源。電容C2用于吸收瞬時(shí)亮光的干擾。2.2光時(shí)雙控原理圖2的開(kāi)關(guān)S2撥到位置2時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)光時(shí)雙控功能。白天光線強(qiáng)時(shí)，光敏電阻R3呈低阻，a點(diǎn)電位低于施密特觸發(fā)器的正向閾值電壓，b、c、d點(diǎn)均為低電平，晶體管T截至，干簧繼電器RR不動(dòng)作；黃昏光線弱時(shí)，光敏電阻R3呈高阻，當(dāng)a點(diǎn)電位高于施密特觸發(fā)器的正向閾值電壓時(shí)，開(kāi)場(chǎng)b、c、d點(diǎn)均為高電平，干簧繼電器RR動(dòng)作，使干簧繼電器RR的觸頭驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件給路燈線路送電；此時(shí)，電容C3開(kāi)場(chǎng)充電，使c點(diǎn)電位vc下降，午夜vc下降到CMOS緩沖器的閾值電壓時(shí)，d點(diǎn)翻轉(zhuǎn)為低電平，晶體管T截至，干簧繼電器RR返回，使執(zhí)行元件返回，切斷路燈線路電源；次日清晨光線再次變強(qiáng)而使a電點(diǎn)位低于施密特觸發(fā)器的負(fù)向閾值電壓時(shí)，b點(diǎn)翻轉(zhuǎn)為低電平，電容C3通過(guò)二極管D3迅速放電，為次日黃昏路燈線路再次送電做好準(zhǔn)備。3參數(shù)設(shè)計(jì)大多數(shù)參數(shù)可參照有關(guān)電子技術(shù)教材進(jìn)展。以下僅討論幾個(gè)主要參數(shù)的設(shè)計(jì)。3.1R4和R5阻值確實(shí)定R4和R5阻值的比值關(guān)系到施密特觸發(fā)器的閾值電壓，即[8]〔1〕〔2〕式中：VT+為施密特觸發(fā)器的正向閾值電壓；VT-為施密特觸發(fā)器的負(fù)向閾值電壓；VTH為CMOS緩沖器的閾值電壓〔VTH=0.5VDD〕。VT+在VTH～VDD*圍內(nèi)取值，R4一般可在幾兆歐的*圍內(nèi)取值。將VT+、VTH和R4的阻值代入式〔1〕，即可求得R5的阻值。再將VTH和R4、R5的阻值代入式〔2〕，即可求得VT-。3.2R2和R3阻值確實(shí)定為了不給施密特觸發(fā)器的閾值電壓產(chǎn)生太大的影響，R3宜選擇亮阻和暗阻均較小的光敏電阻。通常，要求黃昏光照度低到10Lu*開(kāi)場(chǎng)開(kāi)燈，由此可導(dǎo)出R2的阻值的計(jì)算式：〔3〕式中：R3〔10Lu*〕為照度為10Lu*時(shí)光敏電阻R3的阻值。3.3C3容量和R6～R8C3的容量和R6〔或R7、R8〕的阻值確定延時(shí)電路的延時(shí)時(shí)間。根據(jù)RC電路的暫態(tài)分析，C3充電時(shí)，圖2中c點(diǎn)電位隨時(shí)間的變化規(guī)律為[10]〔4〕式中：VOH為CMOS同相緩沖器高電平輸出時(shí)的輸出電壓；R*為R6～R8*一電阻的阻值。由于R6～R8的阻值較大，故VOH≈VDD，代入式〔4〕得-.z〔5〕上式中，令vc1=VTH=0.5VDD，所求得的時(shí)間t，即為延時(shí)電路的延時(shí)時(shí)間T，即〔6〕由于黃昏路燈開(kāi)燈后，經(jīng)5～7小時(shí)即進(jìn)入午夜關(guān)燈時(shí)間，因此，可將三檔延時(shí)時(shí)間T1、T2和T3分別設(shè)計(jì)為5H〔18000s〕、6H〔21600s〕和7H〔25200s〕，供用戶根據(jù)具體情況進(jìn)展選擇。設(shè)計(jì)時(shí)，可先確定C3的容量〔一般可在幾千微法的*圍內(nèi)選擇〕，然后將T1、T2和T3的取值分別代入式〔6〕，所求得的R*的阻值則分別為所需的R6、R7和R8的阻值。4電路仿真按照上述方法，采用Multisim軟件設(shè)計(jì)了一個(gè)路燈光時(shí)控制器電路，并進(jìn)展了仿真分析。仿真電路主要技術(shù)指標(biāo)的理論值如表1所示。表1仿真電路主要技術(shù)指標(biāo)的理論值VT+/VVT-/VT1/sT2/sT3/s32180002160025200圖3〔a〕和圖3〔b〕為光電轉(zhuǎn)換電路中施密特觸發(fā)器a點(diǎn)電位分別為和時(shí)的仿真波形。從圖3可以看出，仿真波形與表1的理論值完全一致。即當(dāng)va上升時(shí)，vb正好在va上升到VT+〔3V〕時(shí)由低電平翻轉(zhuǎn)為高電平，當(dāng)va下降時(shí)，vb也正好在va下降VT-〔2V〕時(shí)由高電平翻轉(zhuǎn)為低電平，且vb狀態(tài)的改變與va隨時(shí)間變化的快慢無(wú)關(guān)。圖3施密特觸發(fā)器仿真波形圖4〔a〕、圖4〔b〕和圖4〔c〕為在圖1中a點(diǎn)加高電平延時(shí)電路延時(shí)時(shí)間理論值分別切換到T1〔18000s〕、T2〔21600s〕和T3〔25200s〕時(shí)的仿真波形。從圖4可以看出，各延時(shí)時(shí)間與表1的理論值完全一樣，且d點(diǎn)正好在vc=0.5VDD〔即CMOS緩沖器閾值電壓處〕由高電平翻轉(zhuǎn)為低電平。圖4〔a〕、圖4〔b〕和圖4〔c〕為在圖1中a點(diǎn)加高電平延時(shí)電路延時(shí)時(shí)間理論值分阻值。-.z圖4延時(shí)電路仿真波形5應(yīng)用圖5為一種采用交流接觸器KM作為執(zhí)行元件的應(yīng)用電路。圖中刀閘開(kāi)關(guān)Q用安裝維護(hù)時(shí)隔離電源，熔斷器FU用于短路保護(hù)。圖中RR為控制器中干簧繼電器的動(dòng)合觸頭，以控制交流接觸器線圈的通電何斷電，進(jìn)而控制交流接觸器的主觸頭的通斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈照明線路的控制。安裝時(shí)應(yīng)特別注意的是，應(yīng)將光敏電阻置于燈光不能直接照射到的能避雨雪的自然光環(huán)境中。圖5根本應(yīng)用電路該控制器已在*住宅小區(qū)得以實(shí)際應(yīng)用。該小區(qū)原來(lái)采用的是不帶光控功能，根據(jù)經(jīng)緯度不同自動(dòng)調(diào)整送電和停電時(shí)間的微處理器型控制器，因此，不能根據(jù)天氣情況〔晴天、陰天或雨天〕調(diào)整路燈線路的送電和停電時(shí)間。改用上述光時(shí)控制器后，不僅能根據(jù)天氣情況自動(dòng)調(diào)整路燈線路的送電和停電時(shí)間，而且能季節(jié)的不同自動(dòng)調(diào)整路燈線路的送電和停電時(shí)間。在該小區(qū)中，采用兩路圖5所示的應(yīng)用電路，一路用作光控，另一路用作光時(shí)雙控，使午夜后大局部路燈熄滅，僅保存小區(qū)大門附近和主干道少數(shù)路燈到天亮關(guān)燈。經(jīng)多年使用結(jié)果說(shuō)明，效果良好，并使該小區(qū)的室外路燈照明年度用電量比原來(lái)節(jié)省近30%。6結(jié)語(yǔ)該路燈線路光時(shí)控制器雖是為城鎮(zhèn)住宅小區(qū)專門設(shè)計(jì)的，但它不僅可用于控制住宅小區(qū)的路燈線路，對(duì)于控制工廠、機(jī)關(guān)、學(xué)校和樓宇通道等場(chǎng)所的路燈線路也有很好的實(shí)用價(jià)值。它具有以下主要特點(diǎn)。〔1〕構(gòu)造簡(jiǎn)單，本錢低。其本錢為采用微處理器、可編程控制器或單片機(jī)組成的路燈線路控制器的幾十分之一?！?〕使用方便。無(wú)須進(jìn)展復(fù)雜的設(shè)置或調(diào)試?！?〕可根據(jù)天氣情況和季節(jié)的不同自動(dòng)調(diào)整路燈線路的送電和停電時(shí)間。-.z【參考文獻(xiàn)】*華.淺談?wù)彰骺刂萍爸悄苷彰骺刂葡到y(tǒng)[J].低壓電器,2008〔6〕,4-7.**巨