住宅小区路灯线路光时控制器设计原稿

-.z住宅小区路灯线路光时控制器设计李升源1,李静2〔1．**理工大学机电工程学院，**341000；2．**鸿硕建立开发**，**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，本钱低，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缓冲器中图：TU113.6文献标识码：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黄昏开灯，午夜关灯〔或局部关灯〕，因此，光时双控是住宅小区路灯线路控制的最正确选择[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拟全面，缺点是本钱较高，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缓冲器为根本———————————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。-.z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。-.z元件，设计了一种新颖的路灯照明线路光时控制器。-.z1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局部组成。当开关与位置1接通时，只有黄昏开灯、天亮关灯的光控功能；当开关与位置2接通时，则有黄昏开灯、午夜关灯的光时双控功能。-.z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。-.z-.z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，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；黄昏光线弱时，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；黄昏光线弱时，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，开场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开场充电，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，为次日黄昏路灯线路再次送电做好准备。3参数设计大多数参数可参照有关电子技术教材进展。以下仅讨论几个主要参数的设计。3.1R4和R5阻值确实定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VTH～VDD*围内取值，R4一般可在几兆欧的*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-。3.2R2和R3阻值确实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，要求黄昏光照度低到10Lu*开场开灯，由此可导出R2的阻值的计算式：〔3〕式中：R3〔10Lu*〕为照度为10Lu*时光敏电阻R3的阻值。3.3C3容量和R6～R8C3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；R*为R6～R8*一电阻的阻值。由于R6～R8的阻值较大，故VOH≈VDD，代入式〔4〕得-.z〔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〕由于黄昏路灯开灯后，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展选择。设计时，可先确定C3的容量〔一般可在几千微法的*围内选择〕，然后将T1、T2和T3的取值分别代入式〔6〕，所求得的R*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，并进展了仿真分析。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/s32180002160025200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的理论值完全一样，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。-.z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根本应用电路该控制器已在*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，使午夜后大局部路灯熄灭，仅保存小区大门附近和主干道少数路灯到天亮关灯。经多年使用结果说明，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〕构造简单，本钱低。其本钱为采用微处理器、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。无须进展复杂的设置或调试。〔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。-.z【参考文献】*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.**巨