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住宅小区路灯线路光时控制器设计

作者:好运彩    发布时间:2020-07-10 03:00    

  住宅小区路灯线路光时控制器设计_电子/电路_工程科技_专业资料。? 智能小区 ? 低 压 电器 ( 2 0 0 9 №2 4 ) 现 代 建 筑 电气 篇 住 宅 小 区路 灯 线 路 光 时 控 制 器 设 计 李升 源 , 李 静 (

  ? 智能小区 ? 低 压 电器 ( 2 0 0 9 №2 4 ) 现 代 建 筑 电气 篇 住 宅 小 区路 灯 线 路 光 时 控 制 器 设 计 李升 源 , 李 静 ( 1 . 江 西理 工 大学 机 电工程 学院 ,江 西 赣 州 3 4 1 0 0 0; 2 . 上 海鸿硕 建设 开发有 限公 司 ,上 海 2 0 1 1 0 3 ) 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 C MO S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 C M O S同 相缓 冲 器组 成 的 电 容充 电式 延 时 电路 。对 电路 组成 、 工作原理 、 李升 源 ( 1 9 5 0 一) , 男, 副教授 , 研 究 方 参数 没计进行了介绍 , 并通 过电路 仿真证 明 了其 可行性 。该控 制器 电路简 单 , 实用性 强, 成本低 , 使 用方 便 , 实 际 使 用 效 果 良好 。 关键词 : 路灯线路 ; 光 时控 制 ; 住宅小区 ; C M OS缓 冲 器 中图 分 类 号 : T U 1 1 3 . 6 文献标识码 : B 文章编号 : 1 0 0 1 — 5 5 3 1 ( 2 0 0 9 ) 2 4 - 0 0 1 7 - 0 4 向为电力 系统 的控 制和保护。 De s i g n o f Li g h t - Ti me Co nt r o l l e r f o r Re s i d e nt i a l Di s t r i c t Ro a d Li g h t i n g Li n e L I S h e n g y u a n , L I J i n g ( 1 . F a c u l t y o f Me c h a n i c a l a n d E l e c t r o n i c E n g i n e e r i n g , G a n z h o u 3 4 1 0 0 0 ,C h i n a ; 2 . S h a n g h a i H o n g s h u o C o n s t r u c t i o n D e v e l o p m e n t C o . ,L t d . , S h a n g h a i 2 0 1 1 0 3, C h i n a ) Abs t r ac t:Ac c o r di n g t o t he c h a r a c t e r i s t i c o f r e s i de nt i a l d i s t r i c t r o a d i l l umi na t i o n, a k i n d o f no v e l r o a d l i n e l i g h t — t i me c o nt r o l l e r wa s de s i g ne d . r he l i g h t c on t r o l l i n g e l e c t r i c c i r c ui t wa s c o mpo s e d o f t h e S c h mi t t t r i g g e r wh i c h wa s c o mp o s e d o f t h e CMOS s y n c h r o ni s m b u r r a n d t he l i g h t /e l e c t r i c i t y c o nv e r t s e l e c t r i c c i r c ui t . The t i me c on t r o l — l i n g e l e c t r i c c i r c u i t wa s ma d e u p o f c a p a c i t o r c ha r ge de l a y e l e c t r i c c i r c u i t . Th e e l e c t r i c c i r c ui t c o mpo s i t i o n, t h e wo r k p r i n c i p l e a nd t he pa r a me t e r d e s i g n we r e i n t r o d u c e d.The f e a s i b i l i t y wa s pr o v e d t h r o u g h t h e c i r c u i t s i mul a t i o n . Th e c o n t r o l l e r h ad s i mp l e e l e c t r i c c i r c u i t ,g o o d p r a c t i c a bi l i t y,l o w c os t ,e a s y o pe r a t i o n a nd g o o d e f f e c t . Ke y wo r ds:r oa d l i g ht i ng l i n e;l i g ht - t i me c ont r o l ;r e s i d e nt i a l d i s t r i c t;CM O S buf fe r 0 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 l 】 , 2 J 。目 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 C MO S缓 冲 器 为基本 元 件, 设计 了一 种新 颖 的路灯 照 明线路 光时控 制器 。 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 3种 类型 。光 控 型不 能实 现午 夜行 人少 时 的关 灯功 能 , 时控 型 1 电路 组 成 1 . 1 组成框 图 该 控制 器 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 , 组 成框 图如 图 1所示 。 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 。 1 . 2 组成 电路 不能 实现 阴 雨 天 提 前 开 灯 和 晴 天 推 迟 开 灯 的 功 能 J 。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 J 。 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 , 其特 点 是 功能 比较 全 面 , 缺 点是 成 李 该控 制器 组成 电路 如 图 2所示 。直 流稳压 电 静( 1 9 8 6 一) , 女, 助理工程师 , 研究方 向为建筑] : 程造价 和楼宇装修工程造价。 一 l 7 一 低 压 电器 ( 2 0 0 9 N o 2 4 ) 现代建筑 电气篇 ? 智能小区 ? 分压 电路 以及 由 C MO S『 石 j 相缓 冲器 G l和 电 阻 、 尺 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 于扰 能力J 。 电阻 ~ 、 电容 C 、 C MO S同相 缓 冲 器G 2和二 极 管 V D 3组 成 时 控 电路 , 延 时 时间 分 图 1 组 成 框 图 三挡 , 由开关 s l切换 。电阻 尺 。 、 晶体管 T、 干簧 继 电器 R R( 内设 续 流 二极 管 ) 和开 关 s 2组 成 驱 动 电路 源 由单相 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 尺 和光 敏 电阻 组成 的 L N 图 2 组 成 电路 2 工 作 原 理 2 . 1 光 控 原 理 始b 、 c 、 d点均 为高 电平 , 干簧继 电器 R R动作 , 使 干簧继 电器 R R的触头 驱动执 行 元件给 路灯线路 送 电, 此 时 电容 C 开 始 充 电, 使 C点 电位 f / 下 降, 午夜 U 。 、 下 降到 C MO S缓冲器 的 阈值 电压时 , d 点 翻转 为 低 电平 , 晶体 管 V T截 止 , 干 簧 继 电器 R R返 回 , 使执行元件返 回, 切 断路 灯 线 路 电 源 ; 图 2的开 关 s 2拨 到位 置 1 时, 即可实 现光控 功 能。 白天 光线 强 时 , 光 敏 电阻 R 呈 低 阻 , a点 电位低于施 密 特触 发 器 的 正 向 阈值 电压 , b点 为 低 电平 , 晶体 管 V T截 止 , 干簧 继 电器 R R不动作 ; 傍 晚光线弱 时 , 光敏 电 阻 尺 呈 高 阻 , a点 电位 升 高, I , a 点 电位高 丁施 密 特触 发 器 的正 向 阈值 电 次 日清晨 光线再 次变强 而使 a 点 电位低 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C 通 过 二极 管 V D 3迅 速 放 电 , 为 次 日傍 晚路 灯线 路再 次送 电做 好准备 。 压时, b点 电位 翻转为高 电半 , 晶体管 V T导 通 , 干 簧继 电器 R R动作 , 使千簧继电器 R R 的 触头 驱 动执 行元件 ( 交流 接 触 器 或其 他 控 制 电器 ) 给路 灯线路送 电 ; 次 甘清晨 光线再 次变强 , 而使 a点 电 3 参 数 设 计 该控 制器 的大多数 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 R 和R 阻值的确 定 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 V T截 止 , 干 簧继 电器 R R返 回, 使执 行 元 件 返 回, 切 断 路 灯 线 路 电 源 。 电容 c 用 于 吸收瞬时亮 光的 干扰 。 2 . 2 光时 双控原 理 R 和 R 阻值 的 比值关 系到 施密 特 触发器 的 阈值 电压 , 即] 图 2的开关 s 2拨 到位 置 2时 , 即可实现 光时 U + = f 1 +  ̄ R ) U T = 一 ( 1 ) ( 2 ) 双控功能 。 白天光 线强 时 , 光敏 电阻 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 V T截 止 , 干簧 继 电器 R R 不 动作 ; 傍 晚光线 弱时 , 光敏 电阻 尺 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 一 ( 1 一 ) n 式 中 、 + — —施 密特触 发器 的正 向阈值 电压 [ / T 一 — —施 密特触 发器 的负 向阈值 电压 f / T ¨ —— C MO S缓 冲器 的 阈值 电压 ( U T = 1 R 一 ? 智能小区 ? 低 压 电器 ( 2 0 0 9 1  ̄2 4) 现代建筑电气篇 0 . 5 UD D ) 表 1 仿 真 电路 主 要 技 术 指 标 的 理 论 值 u 在 ~U 范 围 内取 值 , 尺 一 般 可在 几 兆 欧的范 围 内取 值 。将 U + 、 U 川和 的阻 值 代 入式 ( 1 ) , 即可 求 得 R 的阻 值 。再将 U T ¨ 和R 、 R 的 阻值代 入式 ( 2 ) , 即 可求得 3 . 2 R 和 R 阻值 的确定 。 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 5 为 了不 对施 密特触 发器 的 阈值 电压 产生太 大 的影 响 , 尺 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 1 0 l x开 始 开 灯 , 由此 可导 出 R 阻值 的计 算公 式 。 If ff . 5 R 2= u T+ 3 ( 1 ( 1 I x ) ( 3 ) 时 的仿 线可 以看 出 , 仿 线的理论 值 完全 一致 , 即当 U 上升时 , U 正 好 在 U 上 升到 U + ( 3 V) 时 由低 电平 翻 转 为高 电平 ; 当U 下 降时 , U 也 正 好在 U 下降 U T 一 ( 2 V) 时 由高 电平 翻转 为低 电平 , 且 U 状 态 的改 变 与 U 随 时间 变化 的快 慢 无关 。 式中 R … —— 照 度为 1 0 l x时 光敏 电阻 R 的 阻值 3 . 3 C 容量 和 R ~R 。阻值 的确 定 C 的容 量和 R ( 或R 、 R 。 ) 的阻 值 确 定 延 时 电路 的延 时 时 间。根 据 R C电路 的暂 态 分 析 , 充 电时 , 图 2中 c 点 电位 随时 间的变 化规律 为 。 。 . . . L U =U o l l e ( 4 ) 雾 c a = { 一 一 ? : 的 仿 真 波 形 式 中 m —— c M 0 S同 相 缓 冲器 高 电平 输 出时 的输 出电压 R —— ~ 某 一 电阻的阻值 由于 R ~ 的 阻值 较 大 , 故 U 。 U 。 代 入 式( 4 ) 得 — L { ( b )f / : o f L 5 —0. 5( t一 1 0) U =U D D e ( 5 ) 。≤ ≤ 。 的仿线 ) 中令 U c =U T =0 . 5 U 。 。 , 所 求 得 的时 间t 即为延 时 电路 的延 时时 问 , 即 T=一R C 2 I n 0 . 5— 0 . 6 9 3 1 5 R C 3 ( 6 ) 图 3 施 密特 触 发 器 仿 真 波 形 由于傍 晚路 灯开灯 后 , 经 5~7 h即进 入 午夜 关灯 时问 , 因此 , 可 将 三 挡 延 时 时 间 、 和 分别设 计为 5 h ( 1 8 0 0 0 S ) 、 6 h ( 2 1 6 0 0 s ) 和7 h 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 T 1 ( 1 8 0 0 0 S ) 、 ( 2 1 6 0 0 s ) 和 ( 2 5 2 0 0 S ) 时的 仿 线可 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 U c =0 . 5 U 。 。 ( 即C MO S缓 冲 器 阈值 电 压 处 ) 由高 电平 翻转 为 低 电平 。 ( 2 5 2 0 0 S ) , 供 用 户 根 据具 体 情 况 进行 选 择 。设 计时 , 可先确 定 C 的容 量 ( 一般 可 在几 千 微 法 的 范 围内选择 ) , 然 后 将 、 和 的取 值 分 别 代 人式 ( 6 ) , 所 求 得 的 的 阻 值 则 分 别 为所 需 的 、 尺 和 尺 的 阻值 。 4 电路 仿 真 按照 上述 方法 , 采 用 Mu h i s i m 软 件 设 计 了一 一 0 1 00 0 0 2 0 0 0 0 3 0 0 0 0 4 00 0 0 5 0 0 0 0 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。 ( a )延 时 时 问 理 论值 为 T ( 1 8 0 0 0 s ) 时 的仿 线 ~ 一 低压电器( 2 0 0 9 N e 2 4 ) 现 代 建 筑 电气 篇 ? 智能小区 ? 果 表明 , 效 果 良好 , 并使该 小 区的室外路 灯照 明年 一 0 度用 电量 比原米 节省近 3 0% 。 Q 1 0 0 00 20 0 00 3 0 00 0 4 ( )( ) 0 ( 1 5 00 l } ( 】 6 结 语 A j , , , ● , ● i 该路灯 线路 光时控 制器虽 是为城镇 住宅小 区 i 4 延 时 电路 仿 真 波 形 ∞ 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 字通 道等 场 所的路灯 线路也 有很好 的使用 价值 。它具有 以 ( c )延 时时 问理 论 值 为 T 3 ( 2 5 2 0 0 s ) 时 的仿 真波 形 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 5 应 用 图 5为 一种采用 交流接 触器 K M作 为执 行元 件 的应用 电 路 。图 中刀 闸开 关 Q用 于 在 安 装维 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 , 2 0 0 8 ( 6 ) : 4 — 7 . 护 时隔离 电源 ; 熔 断器 F U用 于 短路 保 护 ; R R 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 电和 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 [ 2 ] 上海巨发仪表 电器 仃限公 司. 路 灯光控 自动开关 [ E B / O L ] .h t t p : / /w w w .j u f a e l e .C o n /p r r o d u c t s ~ t y p e .a s p ? p c l a s s = 路 灯 光 拧 自 动 扦 荚. [ 2 0 0 9 2 一 1 0 ] . 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 遮避雨雪 的 自然 光环境 『 f 】 。 [ 3 ] 北 京长 叫灯 科 技有 限 公 司.时控 型路 灯 控 制器 [ E B / O I ] .h t t p : / /W W W. s o h u .n e t/ h o m e / I / c n l a m p . c h a n c e 2 7 6 7 .【 2 0 0 8 — 1 1 — 2 8 ] . [ 4 ] 上 海 发仪 表 电 器 有 限 公 司.S D K 一 6电 脑 型 智 能 — — 光n . 1 控 制 器 RR L 路 灯拧制器 ( 经 纬度智 能路 灯控制 器 ) [ E B / O L ] . h t t p : / / w w ,  ̄ w . j u f a e l e .c o n r / p r o d u c t s — v i e w . a s p ?i d= I ———:/—一 4 2 .[ 2 0 0 9 — 2 — 1 8 ] . [ 5 ] 北京长 明灯科技有限公 司.时控 町调型路灯 控制 器 [ E B / O L ] . h t t p : / / w w w ,q i a n y a n .b i z / p s h o w 一 2 1 6 1 7 6 .h t m1 .[ 2 0 0 8 — 1 1 — 3 0 ] . 图 5 基 本应 用 电路 [ 6 ] 杭 州 普 计算机控制设 备有 限公 司.K P L智 能型 路灯 控制 器 [ E B / O L ] .h t t p : / / w w w . 2 1 i t s . c o r n / Co mmo n /Pr o du c t De t a i l . a s p x? I D = 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 2 0 0 8 0 1 1 0 1 5 5 7 3 8 0 9 5 5 5 . [ 2 0 0 9 — 1 — 1 0 ] . [ 7 ] 李 明.基 于 C A N — B u s 的 智 能 照 明控 制 研 究 [ J ] .低 压 电器 , 2 0 0 8 ( 2 0 ) : 1 8 - 2 1 . 器, 因此 , 不 能根据 天气情况 调整路 灯线路 的送 电 和停 电n q - f n 】 。改用 上 述 光时 控 制器 后 , 不 仪 能根 据 天气 情况 自动 调整 路 灯 线 路 的送 电和 停 电时 间, 而且能根据 季 节 的不 同 自动 调 整路 灯 线 ] 阎石.数宁 电子技 术基 础 [ M] . 5版.北 京 :高等 教 育 出版 社 , 2 0 0 6 . [ 9 ] 李升源 , 郭迎庆.简易长时 间延 时电路 [ J ] .江西 理工大学学报 , 2 0 0 9 , 3 0 ( 3 ) : 3 3 — 3 5 . 送 电和停 电时 问。存该 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 一 [ 1 O ] 陈希有.电路理论 基础 [ M] .3版. 北京 :高 等教 育 出版 社 , 2 0 0 4 . 收 稿 日期 : 2 0 0 9 — 0 4 — 1 2 2 0 一


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