基于PLC的六路抢答器设计

成绩

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《可编程控制器技术》

课程设计报告

设计题目：基于PLC的六路抢答器设计

院系名称：电子信息工程学院

开课专业：电子信息科学与技术

年级层次：

学生姓名：

学号：

指导教师：

2015~2016学年度第一学期

目录

1 绪论......................................................................................................... 错误！未定义书签。

1.1 课题研究背景................................................................................ 错误！未定义书签。

1.2 课程设计内容................................................................................ 错误！未定义书签。

2 整体方案选择 (2)

2.1 整体功能介绍 (2)

2.2 竞赛抢答器控制要求 (3)

3 硬件电路设计 (3)

3.1 控制特点分析 (3)

3.2 外部接线图 (4)

4 软件设计 (4)

4.1 I/O地址分配 (5)

4.2 结构流程图 (6)

4.3 梯形图设计与分析 (8)

5 程序调试及分析 (8)

5.1程序运行过程分析说明 (8)

5.2调试结果 (9)

6 结束语 (8)

参考文献 (10)

1 1绪论

可编程控制器是以计算机为核心的通用自动控制装置，它的功能强、可靠性极强、编程简单、使用方便、体积小。现已广泛应用于工业控制的各个领域，它以微处理器为核心，用编写的程序进行逻辑控制、定时、记数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。

PLC的学习比一般编程学习困难在于，要完成一个控制系统不仅需要掌握一定的编程技术，更为重要的是要知道如何针对实际应用的需要选择合适的PLC型号，然后进行资源配置，设计控制系统。

1.1课题研究背景

目前国内外市场上已有很多类型的知识竞赛抢答器，其大致采用模拟电路、数字电路、单片机或者PLC芯片、计算机控制系统等四类产品。对于采用模拟电路或者数字电路的产品，其技术相当成熟。但是随着功能的增多，电路也越复杂，并且成本偏高，故障率高，显示方式简单或者没有，无法准确判断抢按按钮的行为，也不便于参数调节及其功能的升级换代。对于计算机控制系统来说，其程序简单，反应灵敏，便于参数调节及其功能的升级换代，但鉴于其必须配合计算机实用，可操作性差，没有得到广泛的应用。而对于科技飞速发展的今天，PLC、单片机应用的不断深入，带动了传统控制检测技术的不断更新，并鉴于其本身具有的优点，以PLC、单片机为核心的部件成为主流。

传统的普通抢答器主要存在以下缺点：

⑴在一次抢答过程中，当出现超前违规抢答时，只能处理违规抢答信号，而对没有违规的有效信号不能进行处理，因而使该次抢答过程变为无效。

⑵当有多个违规抢答时，优先编码电路只能选择其中一个，或利用抢答电路电子元件的“竞争”选择其中一个。对于后者由于抢答电路制作完毕后电子元件被固定，各路抢答信号的“竞争”能力也被固定，因而本质上也有优先权。普通抢答器存在不公平性。

⑶当有多个违规抢答时，普通抢答器只能“抓住”其中一个违规者。因而出现了“漏洞”。

现在大多抢答器都是以PLC、单片机为控制核心的智能抢答器，它对采样获得的各种抢答信号进行分析。但仅有抢答功能的抢答器已经不能满足当今社会的需要。该设计不但有抢答功能，而且还有一个计分系统，能分别对四个选手进行计分，并能够对分数进行加、减。带计分功能的智能抢答器将会取代一般的智能抢答器，更好的服务于社会。

1.2 课程设计研究内容

系统设计主要包括硬件和软件两大部分，依据控制系统的工作原理和技术性能，将硬件和软件分开设计。硬件设计部分包括电路原理图、合理选择元器件、绘制线路图，然后对硬件进行调试、测试，以达到设计要求。软件设计部分，首先在总体设计中完成系统总框图和各模块的功能设计，拟定详细的工作计划；然后进行具体设计，包括各模块的流程图，选择合适的编程语言和工具，进行代码设计等；最后是对软件进行调试、测试，达到所需功能要求。

在系统设计中设计方法的选用是系统设计能否成功的关键。硬件电路是采用结构化系统设计方法，该方法保证设计电路的标准化、模块化。硬件电路的设计最重要的选择可编程的PLC，并确定与之配套的外围芯片，使所设计的系统既经济又高性能。硬件电路设计还包括输入输出接口设计，画出详细电路图，标出芯片的型号、器件参数值，根据电路图在仿真机上进行调试，发现设计不当及时修改，最终达到设计目的。软件设计的方法与开发环境的选取有着直接的关系，本系统由于是采用三菱FX可控制编程。此编程工具更有可靠、可拓展、可维护性。

2 整体方案选择

2.1整体功能介绍

知识竞赛抢答器，顾名思义就是用于比赛时，跟对手比反应时间，思维运转快慢的新型电器。随着社会科技技术的不断发展，它的应用场合也随之增加；技术含量大大提升；更加方便可靠。目前，形式多样、功能完备的抢答器已广泛应用于电视台、商业机构、学校及企事业单位，它为各种竞赛增添了刺激性、娱乐性，在一定程度上丰富了人们的业余生活。用PLC进行知识竞赛抢答器设计，其控制方便，灵活，只要改变输入PLC的控制程序，便可改变竞赛抢答器的抢答方案。

2.2竞赛抢答器控制要求

在很多竞赛活动中，经常用到抢答器。对抢答器的控制要求是：当多个输入信号输入时，抢答器只接收第一个到来的信号，而不接收后面到来的输入信号，并使第一个到来的输入信号相应的灯或铃有反应。

本系统中设有6个抢答输入按钮、一个复位按钮、一个开始按钮，一个七段数码管，一个蜂鸣器，一个3秒蓝灯，一个5秒黄灯，一个红色违规指示灯。

本系统可提供6个抢答台，在主持人的主持下，参赛人通过抢先按下按钮回答问题。

在抢答开始前，主持人应按下复位按钮使系统复位，做好抢答准备。

当主持人说开始，并同时按下开始按钮，抢答开始，并限定抢答时间为30秒。

若抢答者在抢答开始前抢先输入，则属违规要显示该台台号，同时蜂鸣器以0.1秒的周

期响, 红色违规指示以1秒的周期闪烁，以便扣分惩罚。

若在开始之后到10秒之内第一个按下抢答输入，由七段显示器显示该台台号，同时3秒蓝灯点亮、蜂鸣器声以0.1秒的周期响。以便答对之后给予基本加分和对应蓝灯点亮额外奖励加分。

若在10秒之后到20秒之内第一个按下抢答输入，由七段显示器显示该台台号，同时5秒黄灯点亮、蜂鸣器声以0.1秒的周期响。以便答对之后给予基本加分和对应黄灯点亮额外奖励加分。

若在20秒之后30秒之内第一个按下抢答输入，由七段显示器显示该台台号，蜂鸣器声以0.1秒的周期响。以便答对给予基本加分（但之后不奖励加分）。

如果在限定时间30秒后各参赛人均不能回答，蜂鸣器以0.1秒的周期响，此次抢答无效。 若一个按钮最先按下，不论第一个按下的按钮是处于按住还是松开状态，再按下任何一个抢答按钮均不再响应，直至复位按钮复位后方可重新做好抢答准备。

3 硬件电路设计

3.1控制特点分析

智能竞赛抢答器通过PLC 进行按控制要求编程，其主要的输入就是通过裁判员和参赛选手的按钮，然后将信号传递给信息分析中心（PLC ），PLC 将根据信号作出相应的响应。竞赛抢答器有六个输入信号（即六个按钮），五个输出信号（即三个灯管信号、一个蜂鸣器信号、一个指示灯数码管输出信号）。由上可知PLC 共有六个输入点，五个输出点。系统控制结构框图如下图3-1所示

PLC SB0 SB7 SB1 到 SB6 显示器 参赛队号码

指示灯数码管 蜂鸣器 图3-1 系统控制结构框图

3.2 外部接线图

图3-2 外部接线图

分析：X7代表“抢答开始”按钮对应输入寄存器X7，SB1-SB6代表6组参赛选手的常开按钮，分别对应X1-X6,输出寄存器Y1-Y6分别对应显示器a-g,，Y0为蜂鸣器，Y8为蓝灯，Y9为黄灯，Y10为红灯；各输出窗口统一采用直流24V电源。

4 软件设计

4.1 I/O地址分配

输入分配开始抢答按钮SA X7

选手一SB1 X1

选手二SB2 X2

选手三SB3 X3

选手四SB4 X4

选手五SB5 X5

选手六SB6 X6

复位按钮X0

输出分配数码管显示a Y1

数码管显示b Y2

数码管显示c Y3

数码管显示d Y4

数码管显示e Y5

数码管显示f Y6

数码管显示g Y7

蜂鸣器 Y0 蓝灯 Y8 黄灯Y9 红灯 Y10

七段译码管显示器如图所示

其中显示器b 、c 亮显示数字1；a 、b 、d 、e 、g 亮显示数字2；a 、b 、c 、d 、g 亮显示数字3；b 、c 、f 、g 亮显示数字4；a 、c 、d 、f 、g 亮显示数字5；a 、c 、d 、e 、f 、g 亮显示数字6。 a b

c

d

e f g

4.2 结构流程图

4.3 梯形图设计与分析

初始状态

复位

图4-2 结构流程图

开始抢答

违规抢答

状态。 正常抢答 状态 无人应答 状态

图4-3梯形图

5 程序调试及分析

5.1程序运行过程分析说明

1）、按照外部接线图接线，核对地址，逐点进行，确保正确无误。

2）、检查模拟量输入输出。检查输入输出模块是否正确，工作是否正常。必要时，用标准仪器检查输入输出的精度。

3）、检查与测试指示灯。对控制面板上对应的指示灯进行检查，如有指示灯不亮，一方面查看指示灯是否已坏，另一方面检查逻辑关系是否正确。指示灯是反映系统工作的一面镜子，

先调好它，将对进一步调试提供方便。

4）、将图5-1PLC六路智能抢答器梯形图程序写入PLC，然后从初始步开始调试。用元件监视功能监视a、b、c、d、e、f、g的状态变化。注意顺序功能图中有可能出现的路径，在调试时应从初始步开始，分别经过可能出现的路径，一步一步地检查转换过程是否正确，最后是否能返回初始步。

5）、手动按钮来实施模拟现场，观察运行结果是否与要求相符合。

5.2调试结果

通过上述的调试步骤后，得出调试结果，由于实验设备以及其他外部条件的限制导致，我们分别调试抢答和亮灯。调试结果见以下截图：

参赛选手如要抢答主持人提出的问题，必须在主持人宣布“开始”即按下“抢答开始”按钮后，由参赛选手抢先按下自己桌上的抢答器按钮（即X1、X2、X3、X4、X5、X6），此时8段数码管显示器会显示最先按下按钮的组号，同时蜂鸣器指示灯亮，并锁住抢答器，使其它组再按也无效，当按下复位按钮响应后，数码管显示器熄灭，蜂鸣器指示灯熄灭，参赛选手开始回答问题。参赛选手必须在规定的时间内（30s）回答问题。当倒计时结束时，，同时蜂鸣器响起提示时间到，此时参数选手应立即停止答题。

6 结束语

经过这几个星期的努力，完成了这次PLC的课程设计工作.由于自己知识的缺乏及能力的有限，有些功能急需得到补充与完善。但是通过这次的课程设计，我能运用已学的知识解决我在设计中遇到的问题，使自己的动手能力和思考问题的能力得到了很大的提高。在做设计的过程中我查阅了很多的资料，并认真的阅读这些与我的设计相关的资料，从而我的专业涵养得到了提高，知识的储备量也有所增加。整个设计通过了软件和硬件上的调试、仿真。我想这对于自己以后的学习和工作都会有很大的帮助的。在这次设计中遇到了很多实际性的问题，在实际设计中才发现，书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的，所以有些问题不但要深入地理解，而且要不断地更正以前的错误思维。而且，通过这次设计，

我懂得了学习的重要性，学会了坚持和努力，这将为以后的学习做出了最好的榜样！同时，该设计也有不足之处，缺少了答题计分等功能。我将会在以后的学习中继续学习。

参考文献

[1] 张凤珊电气控制及可编程序控制器2版[M] 北京: 中国轻工业出版社，2003

[2] 史国生电气控制与可编程控制器技术[M] 北京: 化学工业出版社，2003

[3] 郁汉琪电气控制与可编程序控制器应用技术[M] 南京: 东南大学出版社，2003

[4] 张万忠可编程控制器应用技术[M] 北京: 化学工业出版社，2001

[5] 三菱微型可编程控制器手册[M] MITSUBISHI SOCIO-TECH，2003

[6] 吴晓君，杨向明电气控制与可编程控制器应用[M] 北京: 中国建材工业出版社，2004

[7] 李道霖电气控制与PLC原理及应用[M] 北京: 电子工业出版社，2004

[8] 王兆义小型可编程控制器实用技术[M] 北京: 机械工业出版社，2002