基于PLC的8路抢答器设计.doc
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毕业设计（论文）
题目：
院（系）：
专业：
姓名：
学号：
指导教师：
二〇一三年十二月五日
毕业设计（论文）任务书
学生姓名
学号
专业
院（系）
毕业设计（论文）题目
基于PLC的8路抢答器设计
任务与要求
要求：
1.抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0~S7表示。
2.设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。
3.抢答器具有锁存与显示功能。
即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。
选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。
4.根据控制要求，进行电气控制系统硬件电路设计，包括PLC硬件配置电路。
5.根据控制要求，编制PLC控制程序
完成时间段
指导教师单位
职称
院（系）审核意见
毕业设计（论文）进度计划表
日期
工作内容
执行情况
指导教师
签字
2013.6.15-2013.6.28
查找资料，选题
2013.6.29-2013.8.30
完成论文的初稿
2013.8.31-2013.9.30
完成论文二稿的写作
2013.10.1-2013.10.20
完成论文的终稿及格式修改
2013.10.21-2013.11.20
进一步修改论文、定稿，打印论文，做好答辩准备
20113.11.21-2013.12.5
做好论文答辩准备
教师对进度计划
实施情况总评
签名
年月日
本表作评定学生平时成绩的依据之一
毕业设计（论文）中期检查记录表
学生填写
毕业设计（论文）题目:
基于PLC的8路抢答器设计
学生姓名:
学号：
专业：
指导教师姓名:
职称:
检查
教师填写
毕业设计（论文）题目工作量
饱满
一般
不够
毕业设计（论文）题目难度
大
适中
不够
毕业设计（论文）题目涉及知识点
丰富
比较丰富
较少
毕业设计（论文）题目价值
很有价值
一般
价值不大
学生是否按计划进度独立完成工作任务
学生毕业设计（论文）工作进度填写情况
指导次数
学生工作态度
认真
一般
较差
其他检查内容：
存在问题及采取措施:
检查教师签字:
年月日
院（系）意见
（加盖公章）:
年月日
摘要
近年来随着科技的飞速发展，PLC的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。
它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。
据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。
专家认为，可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一，PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。
PLC型抢答器是将PLC用于对抢答器的控制，主要是考虑其具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富，可对目前使用的抢答器进行精确控制，特别是对多人抢答的控制可方便的实现。
通过设计一个抢答器，使我们系统掌握可编程控制器的基本原理、功能、应用、程序设计方法和编程技巧，是我们掌握一些基本机型，掌握PLC控制技术的基本原理和应用，并学习PLC编程的多样性、灵活性，是我们掌握PLC在实际应用中的控制作用、动作顺序与原理，为今后从事自动化控制领域的工作打下坚实的基础。
同时，在设计过程中还能培养我们独立工作能力与创造力，综合运用专业及基础知识的能力，解决实际工程技术问题的能力，查阅图书资料、绘图、书写报告的能力。
关键词：
PLC抢答器七段数码器
Abstract
Inrecentyears,withtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,applicationofPLCareincreasinglyheadedforadeep,drivingtraditionalcontroltestingdayCrescentbenefitupdates.Ithasasimplestructure,convenientprogramming,highreliability,hasbeenwidelyusedinindustrialprocessesandpositioncontrol.Accordingtostatistics,thePLCisoneofthemostwidelyusedinindustrialautomationdeviceequipment.ExpertsbelievethatthePLCwillbecomethemaininstrumentandanimportantbasisforfutureindustrialcontrolequipment,PLC,robotics,CAD/CAMwillbethethreepillarsofindustrialproduction.PLC-typebuzzerisusingPLCforcontrolofthebuzzer,mainlyonaccountofitscharacteristicoftheuseofenvironmentaladaptability,whileitsinternaltimerisveryrichinresources,currentlyusethebuzzercanbepreciselycontrolled,especiallyforpeoplewhovietocontrolcanbeeasilyachieved.ThroughdesignaVIESplayers,makeswesystemmastercanprogrammingcontrolleroffundamentals,andfeatures,andapplication,andprogramdesignmethodandprogrammingskills,iswemastersomebasicmodels,masterPLCcontroltechnologyoffundamentalsandapplication,andlearningPLCprogrammingofdiversity,andflexibility,iswemasterPLCinactualapplicationintheofcontrolrole,andactionorderandprinciple,forfutureengagedinAutomationcontrolareaofworklaysolidofbased.Atthesametime,duringthedesignprocesscandevelopourindependentworkingabilityandcreativity,combinedtheabilitytouseprofessionalandthebasics,theabilitytosolvepracticalengineeringproblems,theabilitytoreadbooksandmaterials,drawing,writingreports.
Keywords:
PLCbuzzerSeven-segmentdigital
目录
第一章抢答器的简述 1
第二章抢答器的工作原理 2
第三章抢答器的硬件设计与连接 3
第一节PLC控制器 3
第二节显示数码管 3
第三节系统其它硬件 3
第四节I/O口分配 4
第四章抢答器的软件设计 6
第一节抢答开始部分程序 6
第二节选手按钮部分程序 6
第三节选手违规提前抢答程序 7
第四节选手抢答成功后音响及计时程序 8
第五节数码管1显示选手编号部分程序 8
结论 10
致谢 11
参考文献 12
附录 13
第一章抢答器的简述
八个队同时参加抢答,赛场中设有1个主持人台和8个参赛选手台。
总体设计选用三菱FX2N系列PLC控制,抢答操作简单方便，在很多的场所都可以使用，并且给人的视觉听觉效果非常好。
抢答器，顾名思义就是用于比赛时，与对手比反应时间，思维运转快慢的新型电器。
随着社会科学技术的不断发展，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。
八人抢答器工作原理如下，我所设计的PLC智能抢答器是适合八组选手或个人抢答的抢答器。
给竞赛主持人设置2个控制按钮，用来控制何时开始抢答以及系统的复位，每当主持人发出开始抢答指令并按下开始按钮后（此时用绿灯指示已可以抢答），选手方可抢答，哪组选手最先按下抢答器按钮，则数码管就显示该组的编号，音响电路发出声响提示信号以指示抢答成功，并对其后的抢答信号封锁而不在响应，选手答题完毕后，由主持人按下复位按钮，系统开始下一轮抢答。
若选手在主持人未按下开始抢答按钮时提前抢答了，则视为违规，违规时数码管显示其编号，音响电路也发出声响，同时违规指示灯红灯亮。
当主持人按下抢答开始按钮时定时器T1开始计时（设定10秒）若10秒限制到时仍无人抢答则音响电路发出声响，以表示选手放弃该题。
在抢答成功后，系统自动倒计时，同时数码管显示答题倒计时时间，该时间可根据需要调节，此设定为30秒，选手必须在设定时间内完成答题，否则，音响电路发出超时报警信号。
其中以上功能都通过编制的PLC程序来控制3个数码管以及3个扬声器来实现，
第二章抢答器的工作原理
此设计分为正常答题、无人抢答、违规操作以及选手答题超时四方面的设计要求，由主持人控制台控制八路抢答选手的各项操作。
具体说明如下：
1、正常答题：
当主持人按下开始按钮SB0时，抢答指示灯绿灯亮，同时定时器T1开始计时，选手在10s内抢答。
若10s内抢答成功，1号数码管显示抢答成功选手编号，并有0号扬声器发出声音（声长为2秒）显示抢答成功，同时系统自动计时，2号、3号数码管倒计时显示剩余答题时间，若选手在规定时间内回答完毕。
则答题成功，主持人按复位按钮SB9，进入下一题。
按SB0继续开始抢答，如此循环。
2、无人抢答：
当主持人宣布开始并按下开始按钮SB0后，绿灯发出绿光，但10秒内无人抢答，10秒时间到2号扬声器响，表示无人抢答，可理解为选手放弃该题，主持人按复位按钮SB9，进入下一题。
（还有后面“注”的情况）。
3、违规操作：
若主持人未按下开关时，有选手抢答，抢答选手则犯规，红灯亮。
此时，主持人宣布违规选手编号，予以相应处罚，主持人按复位按钮SB9，进入下一题。
4、选手答题超时：
选手抢答成功后，需要在规定时间内完成作答，本次限定时间为30秒（此时间可根据需要改动）。
若选手在规定时间内完成，则属于正常答题。
限定时间到后，1号扬声器报警声响，倒计时显示为00，而选手仍未答完题目，则选手失去继续答题机会。
此时，由主持人按复位按钮SB9，进入下一题作答。
注：
本系统为避免多次违规，对系统进行了封锁设置，如在主持人宣布开始并按下开始按钮SB0后，绿灯发出绿光，但10秒内无人抢答，10秒时间到2号扬声器响，而正在此时或之后即主持人复位之前，选手按下抢答按钮，按钮将不起作用，从而避免了在此时选手违规操作，以使节目或活动可以尽量顺利的进行。
第三章抢答器的硬件设计与连接
第一节PLC控制器
本设计的控制器采用日本三菱公司生产的PLC，选用FX2N-64MR。
FX2N系列是三菱PLCFX家族中先进的系列。
有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块，灵活性和控制能力强，可扩展到256点。
三菱PLC编程采用编程软件GX-Developer，简单易懂，好用好学，十分方便。
第二节显示数码管
图3.1数码管
图为此数码管采用7段发光二极管组成，由plc控制其A,B,C,D,E,F,G的组合亮灭，来达到数字的倒计时输出。
第三节系统其它硬件
本系统还用到了电阻器（根据PLC输出电压以及数码管驱动电流选择阻值，使电流不超出数码管允许电流即可）、手动按钮（瞬时型）、指示灯以及音响设备，这些设备均可采用日常生活常见常用的电器，无特殊可言。
示意图如下所示。
图3.2常见几种电器
第四节I/O口分配
表3.1PLC的I/O分配表
（一）
PLC输入端子
功能说明
PLC输出端子
功能说明
X001
选手一按钮SB1
Y00,Y10
绿灯，红灯
X002
选手二按钮SB2
Y01,Y11
绿灯，红灯
X003
选手三按钮SB3
Y02,Y12
绿灯，红灯
X004
选手四按钮SB4
Y03,Y13
绿灯，红灯
X005
选手五按钮SB5
Y04,Y14
绿灯，红灯
X006
选手六按钮SB6
Y05,Y15
绿灯，红灯
X007
选手七按钮SB7
Y06,Y16
绿灯，红灯
X011
选手八按钮SB8
Y07,Y17
绿灯
X000
主持人开始按钮SB0
Y40
红灯
X010
主持人复位按钮SB9
Y41
蜂鸣器0
Y42
蜂鸣器1
表3.2PLC的I/O分配表
（二）
PLC输出端子
功能说明
PLC输出端子
功能说明
Y20
数码管1控制端子A
Y30
数码管2控制端子A
Y21
数码管1控制端子B
Y31
数码管2控制端子B
Y22
数码管1控制端子C
Y32
数码管2控制端子C
Y23
数码管1控制端子D
Y33
数码管2控制端子D
Y24
数码管1控制端子E
Y34
数码管2控制端子E
Y25
数码管1控制端子F
Y35
数码管2控制端子F
Y26
数码管1控制端子G
Y36
数码管2控制端子G
COM1、2
接电源正极
COM3、4
接电源正极
图3.3八人抢答器PLC控制系统输入输出及主线路硬件连线
5
第四章抢答器的软件设计
第一节抢答开始部分程序
主持人按下X000（即SB0按钮），输出Y007，绿灯亮，抢答开始。
Y007自锁，绿灯可以一直亮着，定时器T1开始计时，选手规定时间内抢答，否则T1计时到，触点动作，蜂鸣器响（响两秒便停），同时T1将选手按钮封锁，禁止抢答。
图4.1抢答开始部分
第二节选手按钮部分程序
选手按钮为X001–X007和X011（即SB1-SB8）,每个按钮对应一个中间继电器，选手中间继电器之间使用互锁，实现优先选择，同时各中间继电器自锁，以确保按钮弹起后仍然得电。
4.2选手按钮部分程序
第三节选手违规提前抢答程序
在主持人未按下开始钮时，Y007的常闭触点闭合，此时，选手按下按钮，现象如同抢答成功，但违规提示红灯亮，以示违规抢答。
而当主持人按下开始后，Y007常闭触点断开，此红灯便不再因选手抢答而亮。
图4.3选手违规提前抢答程序
第四节选手抢答成功后音响及计时程序
某选手抢答成功后，例如1号成功，则M1得电，Y010输出声响（设定为响2秒），同时开始倒计时，选手须在规定时间内答完，该系统计时设定为30秒，之后T0触点动作。
蜂鸣器1发出声响，同时2、3数码管显示时间为00。
图4.4强大成功后音响及计时程序
第五节数码管1显示选手编号部分程序
由于数码管1采用分段控制方式，没有用译码指令，显得略繁琐，但调试时可以一目了然的看出显示是否正确。
但选手抢答成功后，其编号对应的数码管段便导通光。
图4.5数码管1显示选手编号程序
结论
本抢答器系统虽是针对八位参赛选手设计的，但通过原理分析可知，它也完全适用于多于八位选手的抢答场合。
当然，如果对外围电路及程序稍加修改，就很容易使之扩展成更多路的抢答器。
若去掉程序中的互锁功能，可以将本抢答器改成呼叫器，用在医院病房等多种地方。
由此可见，只要我们运用恰当，PLC技术能实现许多复杂的功能，能极方便的控制我们所需要控制的对象，给我们生产和生活带来极大的方便。
知识竞赛的一个最重要的硬件设备就是抢答器。
以往的电子抢答器，许多功能也达不到的，比如播放视频题，抢答视频暂停再继续功能等。
但是，随着科学技术飞速的发展，抢答器由硬件化逐步向软件化发展。
抢答器竞赛软件利用计算机搞知识竞赛，经过调查，利用抢答器竞赛软件办一次类似电视台效果的知识竞赛，其费用仅仅是到电视台演播厅举办一次竞赛费用的十分之一还少。
更关键的是，抢答器竞赛软件不是一次性产品，可以多次重复使用，这是一次拥有长期受益的软件。
采用抢答器竞赛软件是大势所趋对于一个每年都有赛事的单位企业，只要单位有计算机和投影仪，搞知识竞赛不利用抢答器竞赛软件，如同是有好马没有配好鞍。
以往企业自己搞知识竞赛，都是主持人读题，观众选手得安静仔细听题目，有条件的花上万元买个电子抢答器，算是给知识竞赛赛场添彩了。
大多依靠主持人发挥水平，选手和观众渴望的类似电视台的节目效果难以实现。
与电视播放的那些竞赛场面对照——选手坐在显示器前答题，观众看着大屏幕显示题目和答案，大屏幕有抢答显示计分排行等，绚丽的画面有节奏的音乐——差距很大，但这些都不是电视台的专利，利用抢答器竞赛软件，用户自己就可以实现这样的视觉效果。
运用互动式多媒体技术，将竞赛题目制作成演示程序。
通过投影仪大屏幕或电视墙在现场播放，给观众强烈的视听感受，凝聚竞赛现场气氛。
通过选手面前的显示器，为参赛队员提供最直接的看题效果，保证队员对题目的正确理解。
抢答器竞赛软件就是简单利用计算机及投影仪设备资源，通过软件来实现专业效果的竞赛系统。
它实现竞赛的成本低，便于组织，通用性好。
毫不夸张，除了电视台专业制作外，抢答器竞赛软件是所有同类软件中功能最全的！
最适宜普通知识竞赛操作的！
将会全面发展到社会各个企事业单位。
致谢
时光匆匆如流水，转眼便是大学毕业时节，春梦秋云，聚散真容易。
离校日期已日趋临近，毕业论文的的完成也随之进入了尾声。
从开始进入课题到论文的顺利完成，一直都离不开老师、同学、朋友给我热情的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!
这次毕业设计说明书的完成，首先要感谢学院提供一个让我自我总结的机会，也要感谢带领我的指导教师xx老师，在毕业设计零件加工及其说明书编制过程中，给予了精心的指导，并讲解了各项专业要领，提出了宝贵的专业意见，程序编制过程中，也给了我很大帮助，是他的精心指导才使我的毕业设计能够按期完成，也要感谢同学们在我做毕业论文过程中对我提出的宝贵意见和建议。
参考文献
[1]阎有运.《电子技术实践》.徐州：
中国矿业大学出版社，2007。
[2]艾永乐 付子义.《数字电子技术基础》. 北京：
中国电力出版社，2008。
[3]赵淑范王宪伟.《电子技术实验与课程设计》. 北京：
清华大学出版社，2006。
[4]王革思.《数字电路原理、设计与实践教程》. 哈尔滨：
哈尔滨工程大学出版社，2007。
[5]杨志忠.《数字电子技术基础》. 北京：
高等教育出版。
社
[6]漆汉宏.《PLC电气控制技术[M]》.北京:
机械工业出版社,2006:
150-155。
[7]胡育林.《用PLC程序设计的八路抢答器[J]》.大众科技,2008,1:
53-54。
[8]夏江涛.《八路抢答器的PLC程序设计[J]》.安阳工学院学报,2007,1:
33-34。
[9]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。
附录
（一）.程序块一
（二）.程序块二
（三）.程序块三
（四）.程序块四
（五）程序块五
17
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