家庭電氣布線及改進剖析

1、家庭電氣布線改進及分組控制器設計李旭關鍵詞：家庭布線 分組器設計 節(jié)能環(huán)保 用電安全摘 要：家庭在用電線路敷設過程中，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 庭擁有了數量較多的家

2、用電器。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過程中，采取主電源回路和負載回路購買優(yōu)質多芯大截面銅芯線進行敷設，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)保經濟的改進，在國家大力提倡建設節(jié)約型社會的今天，有

3、大力推廣的實用價值。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)接線把控制開關和被控電器串聯 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， 電流流過的導線較長， 線 路損耗較高。常規(guī)布線由于開關和被控電器必須 實現一一對應的控制關系，布線較復雜，使用的線材較多，布線密度大。現在裝修因電器設備的 增多和要求的控制方式較復雜，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，且布線線路復雜，易出現故障，發(fā)生短路時 還會發(fā)生火災等大的災害，造成個人和社會的財 產損失。傳統(tǒng)接線方式雖然原理簡單，控制容易實

4、 現，但接線復雜，使用的線材和控制元件較多， 其典型控制接線如右圖所示。式使用了較多的線材和開關，且控制部分導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。控制接線見左圖所示：圖中，當開關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，當開關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

5、實現了對電器的控制，還方 便的實現了 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，控制回路可以用較小的 線材敷設，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 就顯現了出來，每多增加一組用電負載就必須增設一套控制繼電器和開關， 相應線路也按比 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分組控制特點現在家庭裝修已不在僅僅滿足實用的要求, 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

6、具和其他 影音設備的數量，同時對電器的控制方 式也變得復雜多樣，可見通過常規(guī)接線 難以滿足現在的控制要求。所以能進行 多組分組控制的控制元件應運而生。對居室顏色搭配和燈光效果等都提出了個性主回路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，開關的 輸入作為寄存器的工作時鐘，每次按下 控制開關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，當開關每次按下時，給分組器的計數輸入端輸入一個控 制信號，分組器按照：1，2, 3，0的順序輸出控制信號，對應的晶閘管觸發(fā)端有信號輸入

7、 導通，對應的燈泡點亮。僅用了一只開關就可控制三只或更多的燈泡，且控制回路由于電流很小（卩A級），所以在裝修中可以選擇較小截面的導線，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在的電器市場擁有數 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已相當成熟，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

8、制器的設計眾多集成電路中，在參考了大量控制芯片的技術資料后，我發(fā)現利用CD4017十進制計數/時序譯碼器設計的分組器很適合自制，可實現10組逐位獨立輸出控制。CD4017集成電路又稱十進制計數/脈沖分頻器，它是4000系列CMOS數字集成電路中應用最廣泛的電路之一，其結構簡單，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 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字集成電路廠家都生產4017IC ,在國外的產品典型型號為CD4017 ,國內早期產品的型號為： C217、C187、CC4017等。2.1 CD40171C 結構原理簡介CMOS CD4O

9、17IC 采用標準的雙列直插式腳塑封（引腳排列參考圖 2所示），CC4017是國標型號，它與國外同類產品CD4017在邏輯功能、引出端和電參數等方面完全相同，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輸岀端，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輸岀端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級聯進位輸岀端，每輸入 10個時鐘脈沖，就可得一個進位輸岀脈沖，因此進位 輸出信號可作為下一級計數器的時鐘信號13EN時鐘輸入端

10、，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“ R”端加高電平或正脈沖時，CD4017IC計數器中各計數單元輸 岀低電平“ 0”，在譯碼器中只有對應“ 0”狀態(tài)的輸岀端 Y0為高電平引腳編號功能描述16VDD電源正端，318V直流電壓CD4017IC內部由十進制計數器電路和時序譯碼電路兩部分組成，十進制計數器采用約 翰遜計數器，約翰遜計數器構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端輸入脈沖的個數進行十進制計數，并按照輸入脈沖 的個數順序將脈沖分配在 YO Y9這十個輸出端，計滿十個數

11、后計數器復零，同時輸出一個 進位脈沖。輸入輸出波形見下圖：ENY0Y345Y7YSCD4017各引腳輸出波形圖2.2使用CD4017設計的線路分組控制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進行擴展，具有較高的實用性， 下圖為控制器的原理接線圖：廠圖中220V電源經R1、C1、VDW1、D1、C2為控制器提供約12V直流電源；控制脈沖 通過R2限流后和控制開關連接，當開關通斷一次即給 CD4017的14腳CP脈沖輸入端提供一個輸入脈沖，CD4017內部十進制約翰遜計數器進行一次計數，時序譯碼電路譯碼

12、后使 CD4017輸出口 Y0置高電平，對應的晶閘管JR1觸發(fā)端因高電平而觸發(fā)導通，通過L1將電能送出到被控負載，負載得電進行工作。當開關再次分合后 CP獲得第二個輸入脈沖，計數器移位計數并使Y1 口獲得高電平，當經過五次脈沖輸入后，Y4 口為高電平，下一個脈沖到來后，由于Y5 口接到IC的復位輸入端，當復位輸入 R端輸入高電平時，電路對十進制約翰遜計數器進行復位，譯碼后除Y0為高電平外，Y1 Y4都為低電平，對應的雙向晶閘管觸發(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位后都有電能輸出，除特殊控制如需要預熱或需提前通電準備的負載外，

13、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把該輸出端懸空不用，被控燈具從L2開始接入，如控制組數較多可將接入到R端的跳線后移，直至滿足需求。3總結通過分析常規(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，其線路也變得復雜，需要敷設

14、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，是現在家庭布線設計時比較優(yōu)化的設計方案。利用控制元件對電器進行弱電控制，增強了用電的安全性，且采用小截面導線進行控制 后，將大大減少大截面線材的使用數量，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，簡化布線的復雜程度， 節(jié)省線材的使用數量， 還大大降低了電能的損耗， 提高了用電的安全 性，可見這一技術