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儿童、教授对决赛抢答器

菏泽学院

Heze University

本科生课程设计(论文)

儿童、教授对决赛抢答器

题目儿童、教授对决赛抢答器的设计

姓名任青瑞学号2013174271 院系蒋震机电工程学院

专业自动化

指导教师侯建华职称副教授

儿童、教授对决赛抢答器的设计

现代电气控制及PLC应用技术课程设计任务书及成绩评定专业自动化设计题目儿童、教授对决赛抢答器的设计

学生姓名任青瑞学号 2013174271 指导教师侯建华职称副教授

儿童、教授对决赛抢答器

菏泽学院本科现代电气控制及PLC应用技术课程设计

目录

摘要 (1)

关键词 (1)

Abstract (1)

Key words (1)

引言 (2)

1 抢答器 (2)

1.1 抢答器简介 (3)

1.2 抢答器的分类 (3)

1.2.1 电子抢答器 (3)

1.2.2 电脑抢答器 (3)

2 儿童、教授对决赛抢答器系统设计方案 (3)

2.1 设计要求 (3)

2.2 设计思路 (3)

2.3 设计方案的论证与比较 (4)

3 系统硬件设计 (4)

3.1 设计原理 (4)

3.2 I/O地址分配 (4)

3.3 系统工作流程图 (5)

3.4 PLC接线图 (5)

4 软件设计 (5)

4.1 复位程序 (5)

4.1.1 开始复位 (5)

4.1.2 比赛中复位 (6)

4.2 选手抢答程序 (6)

4.3 报警程序 (7)

5 现场模拟调试 (8)

参考文献 (10)

附录 (11)

儿童、教授对决赛抢答器的设计

儿童、教授对决赛抢答器的设计

自动化专业学生任青瑞

指导教师侯建华

摘要:传统抢答器多采用模拟电路或者数字电路,随着功能的增多,存在电路设计复杂,故障率高,显示方式简单或者没有,系统扩展困难等缺点。本设计利用可编程控制器制作抢答器,使得系统抗干扰能力强,运行稳定可靠。程序设计中,采用自锁与互锁相结合来实现选手的抢答过程,利用PLC 的,可解决PLC控制系统显示中存在的占用输出点数多、执行时间长等一些实际问题。本设计以西门子S7-200PLC作为控制系统对抢答器进行三队抢答器系统的设计。设计出了控制电路图、程序指令、梯形图及输入输出端子的分配方案,并且用组态王进行组态。该抢答器集选手抢答,抢答成功,违规报警等功能于一身。程序设计思路简单,容易理解,大大减少了PLC的输出点数,实用性较强。关键词:PLC;智能抢答器;设计

The Design of Children with Professor Responder

Automation professional student Ren Qingrui

Tutor Hou Jianhua

Abstract: The traditional responders use largely analog circuits or digital circuits.with the increase in functionality, it has someshortcomings, such as the circuit design complexity, high failure rate, simple or no display, expansion difficult,and so on. The paper designs the responder based on the programmable controller which has a powerful ability against interference and makes the system stable and reliable operation.In the program design, it uses self-locking and interlocking to achieve the answering process, using bit-combination components and synchronization processing to realize LED's display.These solutions solve some practical problems, such as too many outputs taken up, too much time taken by performance, and so on. Through on-site simulation of the system, the results show that this system is stable,and figures are shown clearly and flicker-free phenomenon.

Key words:PLC; Responder ; Design

菏泽学院本科现代电气控制及PLC应用技术课程设计

引言

我们都看过电视,有很多电视节目都是娱乐节目,是娱乐节目就很难离开抢答器了,而且电视节目中所用的抢答器都是一些智能抢答器,五花八门。不仅可以抢答、倒计时、计分,而且还可以规定倒计时结束后就不能再抢答,且蜂鸣器也会发出声音。有人抢答后,蜂鸣器发出声音,说明不能再抢答了,等主持人按了复位按钮了,才可能进行第二次抢答,这样,抢答才更有意义。这就是数字电路给我们带来的好去,计时器可以用到很多的地方,比如用于火箭发射的倒计时,车间的定时安排工作等。可以这么说,只要有电的地方就离不开数字产品,当然也包括抢答器,我所说的抢答器,不是只是用来抢答的在电路中可以分很多部分,把各部分拆开又有单元电路,这些单元电路用处就多多了。

用普通的集成芯片来做抢答器,比较复杂,往往做出来的产品那个线就像蜘蛛王一样密密麻麻,跳的线简直可以让你眼花缭乱。这时,市场上就突出了更好用的电子器件—单片机,单片机可是个好东西,那就是个软硬结合,外部是硬件部分,它的身体里可是个64K的大空间的编程软件,只要你的程序没有问题,你就可以简单的用一片单片机就可以完成了。单片机可是一个小型的计算机,由软件和硬件共同作用来完成一项工作简直就是轻而易举的,现在市场上单片机用的是做推广的,比如说某某公司说:“我公司最新推出了一件新产品,这产品可厉害,这产品不仅可以手动操作,还可以借助电脑来工作,只要你在这产品上点几下,一切OK了”,这一定使用了单片机,利用软件的编程技术来实现定时操作,这就是所谓的那家公司说的智能,其实就是单片机的功劳。

这社会无奇不有,可以把一个简单的东西做的很复杂,让简单产品实现智能化,路旁的彩灯,店门上的横幅等等。只要人想的出来的产品,都可以让它更有价值,电子的实力是非常广阔的,可以说覆盖了世界各角落。而抢答器作为开展智力竞赛活动必不可少的设备,广泛应用于学校、企事业工会组织、俱乐部等单位,为组织举办各种知识、技术竞赛及文娱活动时作抢答使用。

可编程控制器是一种新型的通用自动化控制装置,具有控制功能强,可靠性高,使用灵活方便,易于扩展等优点。将可编程控制器应用于抢答器,必会使得竞赛真正达到公正、公平、公开。本文以西门子S7-200PLC作为控制系统对抢答器进行三队抢答器系统的设计。设计出控制电路图、程序指令、梯形图及输入输出端子的分配方案,并且用组态王进行组态。该抢答器集选手抢答,抢答成功,违规报警等功能于一身。程序设计思路简单,容易理解,大大减少了PLC的输出点数。

1 抢答器

1.1 抢答器简介

抢答器在竞赛、文体娱乐活动(抢答活动)中,能准确、公正、直观地判断出抢答者的机器。通过抢答者的指示灯显示、数码显示和警示显示等手段指示出第一抢答者。一般抢答器由单片机以及外围电路组成,分为八路十路等不同,八路和十路的差别是,

儿童、教授对决赛抢答器的设计

抢答器背面的接口有几组,和外形没有关系。抢答器可以通过单片机、PLC、数字电路等实现。

1.2抢答器的分类

1.2.1 电子抢答器

电子抢答器的中心构造一般都是由抢答器由单片机或PLC以及外围电路组成,其搭配的配件不同又分为,非语音非记分抢答器和语音记分抢答器。多适用于学校和企事业单位举行的简单的抢答活动。非语音记分抢答器构造很简单,就是一个抢答器的主机和一个抢答按钮组成,在抢答过程中选手是没有记分的显示屏。语音记分抢答器是有一个抢答器的主机和主机的显示屏和选手的记分显示屏。

1.2.2 电脑抢答器

电脑抢答器又分为无线电脑抢答器和有线电脑抢答器。无线电脑抢答器的构成是由:主机和抢答器专用的软件和无线按钮。无线电脑抢答器利用电脑和投影仪,可以把抢答气氛活跃起来,一般多使用于电台等大型的活动。有线电脑抢答器也是由主机和电脑配合起来,电脑在和投影仪配合起来,利用专门研发的配套的抢答器软件,可以十分完美的表现抢答的气氛。

2 儿童、教授对决赛抢答器系统设计方案

2.1设计要求

抢答比赛,共分三组,儿童二人参赛且其中任一人按钮可抢得,学生一人组队,教授二人参加比赛且二人同时按钮才能抢得。

主持人宣布开始后方可按抢答按钮。竞赛开始时,主持人接通启动按钮,指示灯L1亮

当主持人按下开始抢答按钮后,如果在10秒内有人抢答,则最先按下按钮的信号有效,灯L1灭,相应的抢答桌上的抢答按钮灯亮,赛场的幸运彩球转动。如果在10秒内没人抢答,灯L1灭,且有警报声。

当主持人确认抢答有效(警报)后,按下复位按钮,抢答桌上的抢答灯灭(幸运彩球停止转动)抢答器恢复初始状态。

选手答题完毕后,等待主持人按开始按钮进行下一轮抢答。

2.2设计思路

抢答器广泛用于电视台、商业机构及学校,为竞赛增添了刺激性、娱乐性,在一定程度上丰富了人们的业余生活。本文采用西门子公司生产的S7-200型PLC为核心控制器进行三组抢答器系统的设计,能使三个组同时参加抢答,赛场中设有1个裁判台,3个参赛台,分别为1号儿童队、2号学生队、3号教授队3个参赛台。抢答操作方便,并且给人的视觉效果非常好。

首先设置主持人的开始按钮SB0,且设置相应的灯L1亮。其次用5个按钮分别代表3组选手五人的抢答按钮,如:SB2和SB3分别代表儿童组两个抢答选手,且相对应

菏泽学院本科现代电气控制及PLC应用技术课程设计

的L2灯亮,幸运彩球L5转动;SB4代表学生组抢答选手,且相对应的L3灯亮,幸运彩球L5转动;SB5和SB6分别代表教授组两位抢答选手,且相对应的L4灯亮,幸运彩球L5转动。由于其中一组选手最先按下抢答按钮后,另外的两组选手抢答无效,所以要设置互锁,即在L2灯前设置L3、L4的常闭开关,在L3灯前设置L2、L4的常闭开关,在L4灯前设置L2、L3的常闭开关。并且选手的3盏灯和彩球要分别自锁,确保灯的持续点亮以及幸运彩球的持续转动。当主持人按下开始按钮SB0后,3组选手才可以抢答,要在3组选手的显示灯前设置SB0的常开。

当主持人按下开始抢答按钮SB0后,如果在10s内有人抢答,则最先按下的抢答按钮信号有效,相应桌上的抢答指示灯亮,幸运彩球L5转动。如果在10s内无人抢答,则开始抢答指示灯灭,警报L6响起,表示抢答题作废。应在开始按钮SB0后接一个时间继电器T0,并且设置时间为10s,当时间继电器数够10s后断开SB0(在SB0前加入一个T0的常闭),3组选手抢答无效。

主持人确认抢答成功后可以复位,所以应有一个复位常闭按钮SB1与SB0串联,抢答成功或警报响起时都可以复位。

2.3设计方案的论证与比较

与普通抢答器相比,本作品有以下几方面的优势:

(1)具有PLC控制的功能。

(2)具有定时功能。

(3)用组态软件对抢答器工作过程控制进行组态。

3 系统硬件设计

3.1 设计原理

开始抢答前,主持人未按下开始按钮,各组抢答电路未接通,所以即使各组按下抢答按钮也无效。主持人按下开始抢答按钮,与之对应的开始抢答灯亮,各组抢答线路接通,抢答开始,同时,计时器开始10秒倒计时。在10秒内,最先按下抢答按钮的一组对应的指示灯亮,幸运彩球转动,开始抢答灯,同时切断其余各组的抢答线路,即使其余各组按下抢答信号,视之无效;计时器超过10秒,切断各组抢答线路,同时响起警报,等待主持人确认开始下一题。主持人确认后按下复位按钮。恢复初始状态。回答完毕后,进行下一题,主持人按开始按钮,继续抢答。

3.2 I/O地址分配

根据系统要求和所需要的硬件,在控制方式选择上需要7个按钮来完成相应的信号输入,4个信号指示灯、1个赛场音响及电机驱动的幸运彩球。由此可得,系统需要数字量输入7点,数字量输出6点。综合考虑到系统的性价比和系统的可扩展性,输入、输出点留出一定的富裕量,选择S7-200系列的CPU224,电源模块选择PS307,再加上数字量输入模块SM321及输出模块SM322就可以满足要求。系统具体输入输出地址分配表如表3.1所示。

儿童、教授对决赛抢答器的设计

表3.1 输入输出地址分配表

儿童、教授对决赛抢答器

3.3 系统工作流程图

儿童、教授抢答器按流程工作:主持人按下开始按钮,抢答开始,L1灯亮,三组队员开始抢答,主持人确认是否抢答有效,是抢答超时还是有效,然后主持人进行复位。工作流程图如图3-1所示。

3.4 PLC接线图

确定抢答流程以及输入输出口分配后,首先就要进行硬件连线,PLC连线比较简单,只需要将电源线连接,然后将输入信号线,输出信号线连接。当然,在下载程序前要将下载线连接到编程的电脑上。实现电脑与PLC的通信,以至于能顺利将程序下载到PLC中。PLC接线图如图3-2所示。

4 软件设计

4.1复位程序

在抢答进行中开始下一题或超时报警时都需要复位恢复初始状态。复位模块程序如图4-1所示。

4.1.1 开始复位在比赛开始时,主持人按下开始抢答按钮SB0,选手才能正常抢答,每当回答完毕时,主持人都要按下复位按钮SB1,电路复位,所有指示灯灭,音效电路复位。抢答器恢复初始状态,等待下一次进行抢答。

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儿童、教授对决赛抢答器

图3-1 儿童、教授抢答器系统流程图

4.1.2 比赛中复位在比赛中,如果无人抢答导致赛场音响报警,则由主持人按复位按钮,给予程序复位信号恢复抢答程序。

4.2 选手抢答程序

抢答时采用自复式按钮进行抢答,由于其自身不具有记忆功能,因此利用PLC的内部继电器完成其记忆。主持人按下开始抢答按钮SB0后,则进入抢答状态,此时,开始抢答指示灯点亮,给予各抢答队员提示。设计要求是儿童组任意一人抢答成功则成功,学生组自己,而教授组则需要两名队员同时抢答成功才有效。所以,儿童组两名队员的抢答按钮并联使用,只要其中之一按通即可,学生组只需一个抢答按钮,教授组的两名队员的抢答按钮需串连使用,必须两个按钮同时有效才可以。若儿童组的1号队员按下抢答按钮SB2或儿童组的2号人按下抢答按钮SB3后,Q0.0得电并自锁则儿童组抢答信号灯L2亮,开始抢答指示灯L1灭,其他队员抢答无效,儿童组的人进行答题;若学生组人按下抢答按钮SB4后,Q0.1得电并自锁则学生组抢答信号灯L3亮,开始抢答指

儿童、教授对决赛抢答器的设计

图3-2 PLC 接线图

儿童、教授对决赛抢答器

图4-1 复位模块程序图

示灯L1灭,其他队员抢答无效,学生组的人进行答题;若教授组的1号按下抢答按钮SB5,同时教授组的2号按下抢答按钮SB6,Q0.2得电并自锁,则教授组抢答信号灯L4亮,开始抢答指示灯L1灭,其他队员抢答无效,教授组的人进行答题。为了保证第一个组按下抢答按钮的信号有效,我们在每个抢答回路中串入了其他两个人抢答信号线圈的常闭触点进行互锁,进而准确地判别出最先按下按钮选手。抢答模块程序如图4-2所示。

4.3 报警程序

在主持人按下开始抢答按钮,计时时间(本系统设定计时10s )到后,仍无选手进行抢答,赛场音响自动发出报警提示音。主持人确认无人回答后,按下复位按钮恢复。

L + L + M M 1M 1M I0.0 Q0.0 I0.1 Q0.1 I0.2 Q0.2 I0.3 Q0.3 I0.4 Q0.4 I0.5 Q0.5

I0.6

SB1

SB2

L1 SB6 SB3

SB4 SB5

L2 L4 L5 L6 L3 24V 24V

SB0

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图4-2 抢答模块程序图

确认该题无效或重新进行抢答。报警模块程序如图4-3所示。

儿童、教授对决赛抢答器

图4-3 报警模块程序图

5 现场模拟调试

在PLC关机状态下,按照PLC外部接线图正确连接输入设备和输出设备。打开PLC 电源,运行方式开关置于STOP状态下,将程序下载到PLC中,然后将方式开关置于RUN 状态下,运行程序。抢答开始时,按下启动按钮SB0,启动整个系统,开始

抢答指示灯L1亮,有参赛队按下抢答按钮,则该组抢答成功。分别测试:测试一:

儿童组1号按下抢答按钮SB2,抢答指示灯L1亮,幸运彩球转动,表示儿童组抢答成功,而学生组和教授组的抢答按钮不起作用。儿童组2号按下抢答按钮SB3,抢答指示灯L1亮,幸运彩球转动,也表示儿童组抢答成功,而且学生组和教授组的抢答按钮还是不起作用,测试成功。

儿童、教授对决赛抢答器的设计

测试二:

学生组按下抢答按钮SB4,抢答指示灯L2亮,幸运彩球转动,表示学生组抢答成功,而儿童和教授组的抢答按钮不起作用,测试成功。

测试三:

教授组1号单独按下抢答按钮SB5,抢答指示灯L4不亮,幸运彩球不转,教授组2号单独按下抢答按钮SB6,抢答指示灯L4也不亮,幸运彩球不转,只有教授组1号按下抢答按钮SB5同时教授组2号按下抢答按钮SB6时,抢答指示灯L4才亮,且幸运彩球转动,表示教授组抢答成功,而儿童组和学生组的抢答按钮不起作用,测试成功。

测试四:

抢答开始后,三组均不抢答,一旦过了10秒,三组队员的抢答按钮均失去作用,同时开始抢答指示灯L1灭,警报器发出报警声,意味着该抢答题失效,不能再抢答。主持人复位确认后,报警结束,进入初始状态,测试成功。

总结

能够亲自设计一件PLC,感觉非常好,当儿童、教授抢答器设计出来时有一种成就感,那是通过自己努力而获得的自我满意感,同时也学到了很多东西。我这次的课程设计,基本上完成了抢答器的设计要求,原本想拓展其功能,通过程序的设定显示选手的组号,但由于时间太匆忙,没来得及做,只是将设计要求完成。

在整个论文的完成中遇到了很多的困难,刚开始从网上搜索了很多相关的内容及排版,又根据自己的想法写了些提纲,结果有很多很多不合理的地方,主要还是结构不清晰、不调理。后来我又找资料,写了个思路清晰的论文提纲,按照格式写出来。后来经过自己一步步的归纳总结才完成了现在的课程设计。

课程设计中我在使用PLC编程时通常使用梯形图语言。虽说梯形图源于继电器控制装置的回路图,两者有一定类似性,但不能完全等同。因此我在使用PLC进行设计编程时,充分考虑到PLC工作方式的特殊性,以避免在应用过程中出现疏漏。最终完成了此次课程设计。

菏泽学院本科现代电气控制及PLC应用技术课程设计

参考文献:

[1] 王永华.现代电气控制及PLC应用技术(第3版) [M]. 北京:北京航空航天大学出版社,2013.8

[2] 赵峰,顾桂梅.现代电气控制与PLC应用[M].兰州:兰州大学出版社,2006.

[3] 张玉华.可编程控制器原理及应用[M].北京大学出版社,2009.3.

[4] 宋伯生.PLC编程理论·算法及技巧[M].机械工业出版社,2006.7

[5] 漆汉宏.PLC电气控制技术[M].机械工业出版社,2006.12.

儿童、教授对决赛抢答器的设计

附录:

梯形图如下:

儿童、教授对决赛抢答器