电工课程设计要点.docx
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电工课程设计要点
广东石油化工学院电工电子实验中心
题目家庭照电路的设计
班级装控12
学号
姓名
指导教师莫琦
时间2014.03.03–2014.03.08
电工电子技术课程设计任务书
姓名：
班级：
装控指导老师：
莫琦
设计课题：
家居照明系统/自来水开关控制器
设计任务与要求
根据应用电路的功能，确定封面上的题目，然后完成以下任务：
1.电度表一直到照明设备是一个完整的系统，对家庭照明电路有一个总体的概述；
2.要设计施工图（电工人员可以根据你的图纸进行施工），需要对施工图有必要的说明；
3.要分析过程，包括用电量的估算，电表，空气开关，控制开关，照明设备的规格型号，配线的规格，安装的位置等；
4.列出标准的元件清单；
5.最后统计估算出的工程总造价
6.简单分析自来水开关控制的原理
设计步骤
1、查阅相关资料，开始撰写设计说明书；
2、先给出总体方案并对工作原理进行大致的说明；
3、依次对各部分分别给出单元电路，并进行相应的原理、参数分析计算、功能以及与其他部分电路的关系等等说明；
4、列出标准的元件清单；
5、总体电路的绘制及总体电路原理相关说明；
6、列出设计中所涉及的所有参考文献资料。
参考文献
（1）XX百科
（2）XX知道
（3）淘宝
（4）XX文库
目录
一、家庭电路组成部分的功能…………………………………………1
二、设计总体思路………………………………………………………3
（一）家庭照明安置图……………………………………………3
（二）各个房间的安装思路………………………………………3
（三）电路总图分析…………………………………………9
三、元件清单…………………………………………10
四、自来水开关…………………………………………10
（一）红外线发射…………………………………………11
（二）红外线接收…………………………………………12
（三）时间延长…………………………………………13
（四）直流电源…………………………………………14
一、家庭电路组成部分的功能
1、电能表
电能表的作用是测量电路消耗了多少电能，计量每单位消耗的电能值，也就是度或者千瓦时，电能表常见的有感应式机械电度表和电子式电能表。
漏电开关的动作原理是：
在一个铁芯感应式机械电度表其工作原理为：
根据电磁感应原理，电表通电时，在电流线圈和电压线圈产生电磁场，在铝盘上形成转动力矩，通过传动齿轮带动计度器计数，电流电压越大，转矩越大，计数越快，用电越多。
铝盘的转动力矩与负载的有功功率成正比。
电子式电度表是利用电子电路/芯片来测量电能；用分压电阻或电压互感器将电压信号变成可用于电子测量的小信号，用分流器或电流互感器将电流信号变成可用于电子测量的小信号，利用专用的电能测量芯片将变换好的电压、电流信号进行模拟或数字乘法，并对电能进行累计，然后输出频率与电能成正比的脉冲信号；脉冲信号驱动步进马达带动机械计度器显示，或送微计算机处理后进行数码显示。
在安装电能表时，进户电源线在允许的范围内线径越大越好，有条件建议使用单相电缆。
必须安装在户外。
进户电源线必须套绝缘管。
下列场合不允许安装电能表， 在易燃易爆的危险场所；有腐蚀性气体或高温的危险场所； 有磁场影响及多灰尘的地方。
2、闸刀
闸刀开关是一种手动配电电器。
主要用来隔离电源或手动接通与断开交直流电路，也可用于不频繁的接通与分断额定电流以下的负载，如小型电动机、电炉等。
闸刀刀开关是最经济但技术指标偏低的一种刀开关。
闸刀开关也称开启式负荷开关。
使用闸刀开关时应注意要将它垂直的安装在控制屏或开关扳上，不可随意搁置；进线座应在上方，接线时不能把它与出线座搞反，否则在更换熔丝时将会发生触电事故；更换熔丝必须先拉开闸刀，并换上与原用熔丝规格相同的新熔丝，同时还要防止新熔丝受到机械损伤；若胶盖和瓷底座损坏或胶盖失落，闸刀开关就不可再使用，以防止安全事故。
3、漏电开关
漏电保护主要作用是解决漏电问题（相线流出多少电流，中性线就要回来多少电流，一旦有电流缺失，比如人体触电，电流通过人体流到地上的时候，一般超过30毫安，漏电保护器就会工作，切断电源，从而杜绝了电流对人体伤害），但是一般专用的漏电保护开关是不起过载保护用的（现在大多带过载保护）。
当电流超过一定的电流的时候自身会发热，（利用双金属片受热弯曲的道理）导致开关里面的脱扣装置脱扣，从而切断电源，保护电路不因过大的电流而烧毁！
同时也起到保护电路的作用。
上有两个组：
一个输入电流绕组和一个输出电流绕组，当无漏电时，输入电流和输出电流相等，在铁芯上二磁通的矢量和为零，就不会在第三个绕组上感应出电势，否则第三绕组上就会感应电压形成，经放大去推动执行机构，使开关跳闸。
漏电保护器工作原理：
正常工作时电路中除了工作电流外没有漏电流通过漏电保护器，此时流过零序互感器（检测互感器）的电流大小相等，方向相反，总和为零，互感器铁芯中感应磁通也等于零，二次绕组无输出，自动开关保持在接通状态，漏电保护器处于正常运行。
当被保护电器与线路发生漏电或有人触电时，就有一个接地故障电流，使流过检测互感器内电流量和不为零，互感器铁芯中感应出现磁通，其二次绕组有感应电流产生，经放大后输出，使漏电脱扣器动作推动自动开关跳闸达到漏电保护的目的。
在安装空气开关时，要搞清楚入线是不是三相电路。
如果确定是两相的,就应该零线接零线，地线接外壳，火线随便接一个就可以了。
现在一般家用空开都是导轨式安装，开关下部有一个拉片，插上螺刀向下扳一下就能从导轨上取下，要把连线拆除。
带电拆除时，要请有经验的电工来做。
4、电线
照明电路里的两根电线，一根叫火线，一般为红色或黄色或绿色；另一根则叫零线，一般为蓝色或黄色；此外还有地线，一般为黄绿色或黑色。
火线和零线的区别在于它们对地的电压不同：
火线的对地电压等于220V；零线的对地的电压等于零（它本身跟大地相连接在一起的）。
所以当人的一部分碰上了火线，另一部分站在地上，人的这两个部分之间的电压等于220V，就有触电的危险了。
反之人即使用手去抓零线，如果人是站在地上的话，由于零线的对地的电压等于零，所以人的身体各部分之间的电压等于零，人就没有触电的危险。
火线是照明电路里的对地电压等于220V的线，用家用试电笔可以测试出来。
零线是变压器中性点引出的线路，与相线构成回路对用电设备进行供电，通常情况下，零线在变压器中性点处与地线重复接地，起到双重保护作用。
接地是电器设备安全技术中最重要的工作，应该认真对待。
那种不加考虑随意接地的做法常常会给计算机设备造成不良的后果，严重时会烧毁整个设备应用系统，甚至造成人身伤害。
正确接地可提高整个系统的抗干扰能力 在连接导线时千万不要将零线端和定位用的地线端连在一起，因为有的设备采用二线插头，如果设备的电源火线、零线接反或使用中插错位置，必将造成火线、零线短路，烧坏设备，造成不可弥补的损失。
因此，即使家里或单位的三线插座中没有接地，也最好使用三线电源插头和三线插座。
交流电源线分为零线和火线。
零线总是与大地的电位相等（但并不是说大地的电位就一定低），火线与零线保持呈正弦振荡式的压差。
因为人在自然状态下与大地是零电位差的，所以一般情况下，人接触零线是不会被电击的。
用电器把外壳与地线连接（接地）就可以保护人不触电，就是这个原因。
所以，火线与零线接反，会埋下用电安全隐患，一般要严格区分。
5、熔断器
熔断器也被称为保险丝，它是一种安装在电路中，保证电路安全运行的电器元件。
熔断器其实就是一种短路保护器，广泛用于配电系统和控制系统，主要进行短路保护或严重过载保护。
熔断器以金属导体作为熔体而分断电路的电器，串联于电路中，当过载或短路电流通过熔体时，熔体自身将发热而熔断，从而对电力系统、各种电工设备以及家用电器都起到了一定的保护作用。
具有反时延特性，当过载电流小时，熔断时间长；过载电流大时，熔断时间短。
因此，在一定过载电流范围内至电流恢复正常，熔断器不会熔断，可以继续使用。
熔断器主要由熔体、外壳和支座3 部分组成，其中熔体是控制熔断特性的关键元件。
在使用熔断器时要注意，熔断器的保护特性应与被保护对象的过载特性相适应，考虑到可能出现的短路电流，选用相应分断能力的熔断器；熔断器的额定电压要适应线路电压等级，熔断器的额定电流要大于或等于熔体额定电流；线路中各级熔断器熔体额定电流要相应配合，保持前一级熔体额定电流必须大于下一级熔体额定电流；熔断器的熔体要按要求使用相配合的熔体，不允许随意加大熔体或用其他导体代替熔体。
6、电灯开关
开关的词语解释为开启和关闭。
它还是指一个可以使电路、使电流中断或使其流到其他电路的电子元件。
最常见的开关地让人操作的机电设备，其中有一个或数个电子接点。
接点的“闭合”表示电子接点导通，允许电流通过；开关的“开路”表示电子接点形成开路，不允许电流通过。
按其控制方式可分为单控开关、双控开关、多控开关和延时开关。
家居常用开关多为单控开关和双控开关。
单控开关相对简单，一个开关控制一个或一组用电器，而与其它线路上的用电器无关。
而双控开关能在两个不同位置控制同一个用电器，在某些场所（如步行楼梯间内，酒店等）特别实用。
现家用电灯开关大多是墙壁开关，墙壁开关就是安装在墙壁上使用的电器开关，是一种家居装饰功能用品，是用来接通和断开电路使用的家用电器 。
开关上有三个孔的那是可以用于接双连控制的开关，如果不接双连控制，就是这个开关来控制灯，那接法是：
电源火线接开关的两边的任意一个接线端，开关中间的接线端是接到通往灯上的“火线控制”（输出）线，电路的零线是直接接到灯上的另外一个接点上的，不由开关控制。
家用的照明灯开关内是不能接零线的，如果接零线，那会在关了开关后灯上仍然有电，如果是火线和零线都进入开关，那在开关闭合时将发生线路短路现象，发生危险。
7、电灯
照明电光源一般分为白炽灯、气体放电灯和其他电光源三大类。
家庭常用的电灯为白炽灯。
普通白炽灯即一般常用的白炽灯泡特点：
显色性好（Ra＝100）、开灯即亮、可连续调光、结构简单、价格低廉，但寿命短、光效低。
白炽灯是将电能转化为光能的，以提供照明的设备。
其工作原理是：
电流通过灯丝时产生热量，螺旋状的灯丝不断将热量聚集，使得灯丝的温度达2000摄氏度以上，灯丝在处于白炽状态时，就象烧红了的铁能发光一样而发出光来。
灯丝的温度越高，发出的光就越亮。
故称之为白炽灯。
灯具安装最基本的要求是必须牢固。
室内安装壁灯、床头灯、台灯、落地灯、镜前灯等灯具时，高度低于24m及以下的，灯具的金属外壳均应接地可以保证使用安全。
卫生间及厨房装矮脚灯头时，宜采用瓷螺口矮脚灯头。
螺口灯头的接线、相线（开关线）应接在中心触点端子上，零线接在螺纹端子上。
台灯等带开关的灯头，为了安全，开头手柄不应有裸露的金属部分。
装饰吊平顶安装各类灯具时，
应按灯具安装说明的要求进行安装。
灯具重量大于3kg时，应采用预埋吊钩或从屋顶用膨胀螺栓直接固定支吊架安装（不能用吊平顶吊龙骨支架安装灯具）。
从灯头箱盒引出的导线应用软管保护至灯位，防止导线裸露在平顶内。
吊顶或护墙板内的暗线必须有阻燃套管保护。
8、插座
插座是我们接触频繁的电路终端，插座电路用漏电保护开关的话，最大限度上保证了人体安全！
而且插座线路都分几路走线，一旦一路有问题，其他电路上的插座都还可以正常工作！
照明线路一旦有问题的话，我们接在插座上的台灯或落地灯，都还能正常工作，不会让屋里漆黑一片，给照明电路的检修还能提供方便！
安装插座时应尽量靠墙边，插座有两孔插座和三孔插座之分，按照施工规范的要求，必须是左零右相上地（三孔）。
在装修过程中，插座的数量、位置、高度以及承载电流大小等诸多因素都需要根据今后的使用仔细考虑，以免使用中不顺手甚至出危险。
另外，插座的安装位置也很重要。
一般情况下，插座尽可能靠墙边安装，如果插座的位置留得不当，就有可能与后期的家具摆放或者电脑安装发生冲突。
同一房间内的开关、插座距地面高度一致，落地插座距地面高度为350mm，开关距地面高度在1150—1300mm为宜，边缘距门框的距离为150—200mm。
插座要选用插头和插座的连接点是螺纹端子的，而且要有软线固定部件，这样可以防止意外拉动造成连线被拉出插头或插座
二、家庭电路照明布置图
元件名称
功率
单价
飞利浦吸顶灯品轩
140W*2
1170
飞利浦led灯泡
7W*9
45
飞利浦LED光管
10W*8
39
照明总共功率：
140*2+7*9+10*8=423W
（二）各个房间的安装思路：
客厅：
客厅布线一般应为8支路线：
包括电源线（2.5mm2铜线）照明线（2.5mm2铜线）、空调线（4mm2铜线）、电视线（馈线）、电话线（4芯护套线）、电脑线（5类双脚线）、对讲器或门铃线（可选用4芯护套线，备用2芯）、报警线（指烟感，红外报警线，选用8芯护套线）。
客厅各线终端欲留分布：
在电视柜上方欲留电源（5孔面板）、电视、电脑线终端。
空调线终端欲留孔应按照空调专业安装人员测定的部位欲留空调线（16A面板）、照明线开关。
单头或吸顶灯，可采用单联开关；多头吊灯，可在吊灯上安装灯光分控器，根据需要调节亮度。
在沙发的边沿处欲留电话线口。
在户门内侧欲留对讲器或门铃线口。
在顶部欲留报警线口。
客厅如果需要摆放冰箱、饮水机、加湿器等设备，根据摆放位置欲留电源口，一般情况客厅至少应留5个电源线口。
阳台：
应为2支路线：
包括电源线、照明线。
电源终端接口欲留1—2个。
灯光应根据走廊长度、面积而定、如果较宽可安装顶灯、壁灯；如果狭窄，只能安装顶灯或透光玻璃顶，在户外内侧安装开关。
厨房：
应为2支路线：
包括电源线、照明线。
电源线部分尤为重要，最好选用4mm2线，因为随着厨房设备的更新，目前使用如微波炉、抽油烟机、洗碗机、消毒柜、食品加工机、电烤箱、电冰箱等设备增多，所以应根据客户要求在不同部位欲留电源接口，并稍有富余，以备日后所增添的厨房设备使用，电源接口距地不得低于50cm，避免因潮湿造成短路。
照明灯光的开关，最好安装在厨房门的外侧。
卫生间：
应为3支线路：
电源线、照明线、电话线。
电源线以选用4mm2线为宜。
考虑电热水器、电加热器等大电流设备，电源线接口最好安装在不易受到水浸泡的部位，如在电热水器上侧，或在吊顶上侧。
电加热器，目前看好的是浴霸，同时可解决照明、加热、排风等问题，浴霸开关应放在室内。
而照明灯光或镜灯开关，应放在门外侧。
在相对干燥的地方欲留一个电话接口，最好选在坐便器左右为宜，电话接口应注意要选用防水型的。
最好在坐便器旁再安个排风扇开关。
4、餐厅：
应为3支路线：
包括电源线、照明线、空调线。
电源线尽量欲留2至3个电源接线口。
灯光照明最好选用暖色光源，开关选在门内侧。
空调也需按专业人员要求欲留接口。
书房：
应为7支线路；包括电源线、照明线、电视线、电话线、电脑线、空调线、报警线。
书房内的写字台或电脑台，在台面上方应装电源线、电脑线、电话线、电视线终端接口，从安全角度应在写字台或电脑下方装电源插口1-2个，以备电脑配套设备电源用。
照明灯光若为多头灯应增加分控器，开关可安装在书房门内侧。
空调欲留口，应按专业安装人员要求欲留。
报警线应在顶部欲留接线口。
1、卧室：
一般应为7支路线：
包括电源线、照明线、空调线、电视馈线、电话线、电脑线、报警线。
卧室各线终端欲留：
床头柜的上方欲留电源线口，并采用5孔插线板带开关为宜，可以减少床头灯没开关的麻烦，还应欲留电话线口，如果双床头柜，应在两个床头柜上方分别欲留电源、电话线口。
梳妆台上方应欲留电源接线口，另外考虑梳妆镜上方应有反射灯光，在电线盒旁另加装一个开关。
写字台或电脑台上方应安装电源线、电视馈线、电脑线、电话线接口。
照明灯光采用单头灯或吸顶灯，多头灯应加装分控器，重点是开关，建议采用双控开关，单联，一个安装在卧室门外侧，另一个开关安装在床头柜上侧或床边较易操作部位。
空调线终端接口欲留，需由空调安装专业人员设定位置。
报警线在顶部位置欲留线口。
如果卧室采用地板下远红外取暖，电源线与开关调节器必须采用适合6平方铜线与所需电压相匹配的开关，温控调节器切不可用普通照明开关，该电路必须另行铺设，直到入户电源控开部分。
三、电路总路分析
以下是家里可能会用到的电器的功率表
用电器
额定电压（V）
额定功率（W）
日光灯
220
20~40
白炽灯
220
15~100
电风扇
220
25~60
彩色电视机
220
40~90
电冰箱
220
80~120
洗衣机
220
200
电熨斗
220
300~750
电饭煲
220
350~1300
节能灯
220
3~100
微波炉
220
1000
空调
220
735~5000
电脑（含显示器）
220
250~400
理发吹风器
220
450
电水壶
220
1200
强电的总功率：
120+200+1300+1000+5000+450+1200=9270
根据我们家家庭需要及国家标准，我准备设计成三回路设计，就是在总空气开关
出线的时候出三根火线一根零线，地线是从房子地基铁网引出的。
三根火线分别用在三个方面的用电器用的，不同火线的大小不同所承受的共率是不同的，这是为了用电的安全，家里的零线和地线都是一根通用的，这是为了安全又节省。
三根火线分别是2.5平方线，4平方线和6平方线。
2.5平方线是用以电灯的照明的因为总的照明电灯都开的功率少于1500瓦；4平方线是用以普通插座的，因为普通插座是用以电视机电风扇电脑等等少于1000瓦的用电器的；而6平方线是用以大功率的用电器的，例如：
空调，电饭煲，电池炉，热水器。
这样明确地分开了强电线路、中电线路、弱电线路，可以保证每条回路都安全可以大大的降低出现超负荷用电的危险。
漏电开关1，引出2.5平方线，连接整个房子的照明电路。
选用10A的漏电开关
漏电开关2，引出4平方线，连接整个房子的普通电路，适用于弱电部分的电路。
选用20A的漏电开关
漏电开关3，引出6平方线，控制这个房子的大功率电路，适用于强电部分电路。
选用40A的漏电开光
而总的空气开关就选择63A的。
（一）元件清单
元件
数量
总价
远东BVR2.5平方毫米
3
145*3
熊猫BVR4平方毫米
2
190*2
远东BVR6平方毫米
1
352*1
飞利浦吸顶灯品轩
2
1170*2
飞利浦led灯泡
9
45*9
飞利浦LED光管
8
39*8
西门子断路器 空气开关 绿色系列 2P63A 总开关 5SJ6563-7CR
1
100
西门子漏电保护器家用漏电开关
3
150*3
四、自来水开光
系统组成框图
简易自来水开关控制电路的总框图如图1所示。
它是由红外线发射电路、红外线接收电路、时间延迟电路、自来水开关电路和电源电路5部分组成的
红外线发射电路
图为红外线发射电路。
该电路的核心器件是红外线发光二极管SE303.红外线发光二极管由GaAs的PN结构成，其发光波段处于可见光波段之外，因此不能在现实中使用，一般仅作为光信号传输之用。
本电路的感应装置一般要求不可见，因此只能采用红外线发光二极管作为感应装置。
红外线发光二极管争相电流不能超出其最大额定值，而作为感应装置则要求其具有较大的光输出。
一般利用其响应速度快的特性，通过脉冲信号去冬来增大光输出。
因此电路前端需要一个脉冲电路，本电路采用的石油NE555集成电路构成的多谐振荡组成。
输出端Q产生出脉冲信号这样输出端Q输出脉冲信号来控制红外线发光二极管发射光脉冲，二极管D1起保护红外线发光二极管的作用。
红外线接收电路
图为红外线接收电路。
该电路包含两部分：
一是红外线接收电路；二是信号放大电路。
红外线接收电路实际上就是一个硅光电池2CR21。
硅光电池的原理是通过硅PN结的光伏效应，使其具有按照光信号的强度产生出对应电信号的特性，这成为光敏器件。
硅光电池的输出特性分为恒流区和恒压区，即其短路电流与光强度成正比，其开路电压随光强度按指数规律变化，由于其电流和光强度是线性关系，一般采用产生短路电流的方式来接收光信号。
硅光电池2CR21的输出信号是一个十分微弱的信号，为了使后续能够对光强信号进行处理，因此需要加入信号放大电路。
图2虚线右边所示电路为信号放大电路。
该电路是由电阻R1-R4、T1、T2和C2（100nF）、C3（0.01uF）构成，电路采用了双三极管构成放大电路，这样就可以使得电路的放大倍数比单管放大电路的放大倍数增加B倍，从而得到更合适的信号。
R1（220k）和R（22k）为放大电路的集电极偏置电阻，C2（22nF）和C3（22nF）为放大电路的滤波电容。
R1为放大电路的反馈电阻，其功能是保证放大电路有一个稳定的静态工作点和稳定的输出电压V1
时间延迟电路
图所示电路为时间延迟电路。
该电路主要有两部分构成：
一是整流和滤波电路；二是由NE555集成电路构成的单稳态电路。
前端电路输出电压V1首先经过二极管D1和D2整流，在经过电容C1（0.1uF）滤波，则在NE555集成电路的TRIG端产生了触发电平信号。
当接收到红外线脉冲时，前端电路输出电压V1件有整流和滤波在TRIG端产生一个高电平信号，由NE555集成电路构成的单稳态电路特性可知，输出端Q输出低电平；当由于人体或者物体的阻隔，没有接收到红外线脉冲时，前端电路没有输出电压V1，则TRIG端输入为零，单稳态电路接收到触发信号，输出端Q输出为高电平并保持一段时间。
延迟时间由可变电阻R2（1K）和电容C2（470uF）的数值决定，通过调节可变电阻的大小，可以改变延迟时间的长短。
电源电路
如图所示电路。
电路直接从电网供电，通过变压器电路、整流电路、滤波电路和稳压电路将电网中的220V交流电路转换为+12V直流电压。
电路中的变压器采用常规的贴心变压器，整流电路采用二极管桥式整流电路，C1（470nF）、C2（0.1uF）、C3（47uF）和C4（0.1uF）完成滤波功能，稳压电路采用三端稳压集成电路来实现
电路的工作原理
简易自来水开关控制电路的总电路图如图所示。
该电路有红外线发射电路、红外线接收电路、时间延迟电路、自来水开关电路和电源电路5部分构成的。
红外线发射电路的功能是利用红外线发光管发射光脉冲,从而实现电路对人体或物体的感应。
红外线接收电路功能是利用对光敏元件接收发射出来的光脉冲，并且将光脉冲信号转化为电信号，同时对其进行放大，时间延迟电路的功能是利用单稳态电路的特性，实现对自来水开关打开时间的控制。
自来水开关电路的功能是利用电磁阀作为自来水管的开关，从而可以通过电信号对自来水进行控制。
电源电路的功能是为上述所有电路提供直流电源
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