PDF《家庭住宅的电源集中控制与简单化布线》

家庭住宅的电源集中控制与简单化布线 陈洁 关键词: 家庭住宅 电源集中控制 简单化布线 智能化家庭住宅 信息时代的到来,我们工作和生活环境都发生了翻天覆地的变化.

智能大厦和智能小 区不断地进入人们的生活,正逐渐地从城市走向农村.网络也已经进入百姓人家,使我们的 生活向着更安全、更舒适、更便利和智能化方向发展. 虽然当前的农村或小城镇建设有趋向于城市化,但农村或小城镇毕竟有其自身的特点, 人们有其自己的生活方式.住宅建设也不例外.农村或小城镇家庭住宅一般以户为单位,一 户一幢,即所谓的"独门独户" .这种既有别墅群式的布局,又有公寓式的结构的家庭住宅 要想与城市中的小区一样实现智能化群,就有一定的困难. 本文从家庭电源的集中控制着手,提出家庭住宅的简单化布线,并讨论的家庭电源集 中控制实施方案. 采用家庭住宅的简单化布线和电源集中控制管理技术, 就可方便地创建以 户为单位,自成一体的智能化家庭住宅系统.通过宽带网络连接,达到统一管理的目的. 1. 基本原理 家庭住宅的布线离不开家庭电器及其设施的安放位置.家庭电器及其设施的配置和安 放位置不同,相应的布线就存在着差异.因此按照传统做法在建造住宅时,就必须把室内家 用电器的布局预先详细地规划好. 这样做一方面这就使得建筑物内的布线复杂、 纵横交错日 后难以辨认;

另一方面即使深思熟虑也难免"丢三落四" ,最后还是出现不尽人意之感.这 就是说传统的布线方式还缺乏一定的灵活性. 传统的布线方式大多将控制开关直接串接在电源与用电器的终端之间, 其原理图如图

1 (a)所示.控制开关与用电器在同一线路中,控制开关和用电器具有同一电压等级.通常 控制开关和用电器又不在同一地点,因此要想实现同一用电器(或称终端)达到两地以上控 制的话就比较麻烦了.假如我们把图 1(a)中虚线框内线路作一点修改,成如图 1(b)所示,这样就可以把用电器线路与控制开关分离开了,再把虚线框内的线路集中到同一处,便 可实现集中控制.这样做有如下优点: (a) (b) 图1控制灵活方便;

布线简单明了;

减少线路损耗;

易于维护更新;

有利于实现智能化. 集中控制引出了简单化布线.采用简单化布线的系统解决方案中,布线的网络托扑结 构可以为星形、总线型、树型、环型等.其核心就是电源集中控制箱,它是家庭电力网络中 的一个关键控制部件.也就是说网络中每一个用电器(终端)或开关都通过一根单独的电线 (缆)连接到电源集中控制箱内.只不过连接用电器(终端)或控制面板(开关或按钮)的 电缆不同, 由于前者需要提供大的功率或能量, 因此要采用有一定载流量的线缆, 如BVR1~ 4MM2 的护套线或铜芯塑料线;

后者只消耗很弱的功率,可使用电话线或超五类电脑网络线 (CAT-5)便可.这种网络的结构使得网络配置和重新配置变得非常容易.体现出了控制的 灵活方便性. 由于走线简化了, 只是从终端到控制箱. 即不是从控制面板到电源集中控制箱, 就是从电源集中控制箱到用电器端.这就体现出了布线简单明了、减少线路损耗的优点. 选择电源集中控制就需要有个集中控制器. 集中控制器的具体电路有多种多样, 采用的 技术不同相应的电路形式不同,如单片机技术、LONWORKS 技术等,但其功率接口电路应 该是类似的.由于各种家用电器的功率相差悬殊,有的几瓦、几十瓦,有的几百瓦、上千瓦, 还有的几千瓦. 因此集中控制器上的各个控制点也应该有个容量问题, 要不然的话用大容量 点去控制小负载,就出现浪费;

用小容量去控制大负载的话,控制器就会被损坏. 每一个集中控制器有若干路输出控制点, 根据其输出点有没有机械触点可分为有触点与 无触点两种.有触点一般用继电器作控制点,而无触点则用双向可控硅作控制点.最基本的 控制点的原理见图

2 所示. 图2基本的有触点开关控制点图 2(a)中,由一个三极管、继电器和电阻组成.当外接的 面板开关闭合时,三极管 Tr1 饱和导通,使继电器 RL1 吸合,电源 L 通过继电器的触点送 出. 基本的无触点开关控制点图

2 (b) 中, 当外接的面板开关闭合时, 三极管 Q1 饱和导通, 使双向可控硅导通,电源 L 通过继电器的触点送出.图中发光二极管用来指示输入开关的 状态. 基本的无触点按钮控制点图 2(d)中,三极管的输入端不直接接一个开关,而是接在 一个 T 触发器的输出端.这样一来外接的不再是开关而是一个按钮.按钮每按一次,触发 器的输出端就从"1"到"0"或从"0"到"1"翻转一次.再去控制三极管触发双向可控硅 TRIAC 导通或关断.达到控制电源 L 的送出或关断. 2. 基本模块 控制器采用模块式结构.按其输出点数有两、四点和八点,按其控制地有单地控制、两 地控制和多地控制(三和四地) . ⑴无触点单地控制控制模块 无触点单地控制

8 点输出控制模块结构如图

3 (a) 所示, 图中上部连接器 CON1 和CON2 接控制的面板开关,下部端子接用电器(如照明用灯) .其电气原理图如图 3(b)所示,图 中面板开关 K1 ~ K8 各自分别控制照明灯 L1 ~ L8;

与通常习惯一样开关闭合,照明灯 点亮. (a) (b) 图3⑵有触点四地控制两点输出控制模块 有触点四地控制的原理如图 4(a)所示.图中用

2 个独立

2 输入异或门的输入端分别 接4个控制开关,2 个异或门的输出端再接至

1 个异或门的输入端,第3个异或门的输出端 去控制三极管 TR.根据异或门输入输出的关系: B A B A Y _ _ + = 其中 A、 B 为输入端, Y 为输出端.当两个输入端不同, 即一个高电平

1 另一个低电平

0 时, 输出为高电平 1;

当两个输入端相同,即两个都是高电平

1 或低电平

0 时,输出为低电平 0. 也就是说两个输入端中只要有一个有变化,就会引起输出发生变化.因此图 4(a)中四个 开关 K

1、K

2、K3 或K4 中的某一个有变化时,即由断开到闭合或闭合到断开;

三极管 TR 的状态就会跟着发生一次变化.从而实现开关家用电器电源的目的. 有触点四地控制两点输出控制模块的结构如图 4(b)所示,图中连接器 CON1~CON4 接控制的面板开关,去控制 CON10 一路输出;

另一路 CON11 由连接器 CON5~CON8 来控 制.下部输出端子 CON

10、CON11 接用电器(如照明用灯) .其接线原理图如图 3(c)所示,与通常习惯一样开关闭合,照明灯点亮. (a) (a) (c) 图43. 实现方案 家庭住宅的电源集中控制方案的实施应以室(某一间) 、层(某一层)或幢(某一户) 为单位,尽量做到"一个输出点带一个负载" .以某一室(或层或幢)内的家电布置及种类 和数量, 推算出需用的控制器的种类和数量. 根据所选控制器的种类和数量确定控制箱的大 小,并根据室(或层或幢)内的家电等大体布置状况确定控制箱的安放位置.家电安放位置 与控制箱安放位置一旦确定, 其间的连线随即也得到确定. 电线的粗细只要按各电器的容量 要求或按最大电器的容量要求统一选用即可.控制线可统一使用超五类电脑网络线. 下面以一套

3 室2厅2卫1橱为例,简述控制箱、控制模块的配置以及布线. 每一室放置一只控制箱. 每只控制箱放一根电源总线, 导线的截面积根据室内电器容量 确定,如2.5mm2 塑铜线;

控制箱内的控制模块按室内用电器的数量确定.若大厅内有吊灯

1 盏、四周洞灯

8 盏、壁灯

2 盏、空调插座

1 个、其它插座

3 个,且简单起见全部选用图

4 所示有触点四地控制两点输出控制模块,设计吊灯用

1 个、洞灯用

3 个、壁灯用

2 个、空调 用1个、插座用

3 个,共用

10 个控制模块、1 个空气开关、1 个开关电源组成大厅控制箱. 其余控制箱可根据负载路数, 参考大厅控制箱来配置控制模块. 控制箱之间均放置一根电脑 连网用的超五类非屏蔽线.其布线示意图见图 5. 图中只画出了

1 路控制, 每1路都可由四个开关来控制. 平时若需要调整控制的位置 (开 关面板与用电器的对应关系) ,只要在对应的控制箱内重新调整一下有关的接线即可. 图5总之,采用简单化布线和电源集中控制技术,具有布线简单,选线简单,实现多地控制 方便(包括有线或无线远程控制,如电话线、宽带网络等) ,调整被控地(控制对象)简单, 彻底改变"一次装修,无法更改"局面等优点. 4. 结束语 电源集中控制和简单化布线的实施,从表面现象上看似乎把原来简单的问题复杂化了, 但是它确实为实现家庭住宅智能化提供了一个良好的平台. 与单片机技术、 LONWORKS 技术、网络技术的结合,为实现可视对讲、安防报警、门禁控制和家电(远程)控制提供了一 条便捷的路径. 为整合家庭住宅智能化系统打下了基础. 为进一步创建以单户家庭为基础的 智能化家庭住宅群迈出了艰难的一步. 参考文献 [1] 陈洁. 用开关控制的多地控制器 [J]. 电子制作, 2006, 第5期P11. [2] 陈洁. 按钮多地控制器制作 [J]. 电子制作, 2006, 第6期P12. [3] 陈竹. 用CMOS 集成电路制作家用电器开关 [J]. 电子报, 2006, 第23 期P11. [4] 徐馥 ,陈洁. Neuron3150 模块及其开关量接口电路 [J]. 电气时代, 2004, 第8期P134. [5] 陈洁. Neuron 芯片多总线 I/O 对象的应用 [J]. 建筑智能化, 2003, 第4期P44. [6] 陈洁. 一卡通在校园管理中的实现方案 [J]. 建筑智能化, 2002, 第5期P42. Email: chen_jiee@yahoo.com.cn