三路抢答器文档格式.docx
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4抢答器软件系统设计10
4.1整体设计10
4.2PLC控制程序10
5安装与调试24
6结论25
致谢26
参考文献27
1前言
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一下缺点：
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”。
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。
最后，在该设计过程中给予极大鼓励和帮助的老师、同学，在此表示衷心的感谢。
由于在设计过程中存在许多不足，希望老师同学指正。
2系统设计内容及要求
2．1概述
该抢答器可作为智力竞赛的评判装置。
根据应答者抢答情况自动设定答题时间，并根据答题情况用灯光、声音显示其回答正确或错误，在工作人员操作下对答题者所显示的分数加分或减分。
三路智力抢答器有三个抢答按钮SB1~SB3，最先按下按钮有效，在此以后按下的按钮无效，伴有灯光、声音指示，并开始计时（答题时间），计时时间到（答题给定的时间），声音提示停止答题。
如果抢答者答题正确或错误，主持人或操作员按下加分键或减分键，将对显示分数值加分或减分。
该控制器组成框图如图1所示。
图1三路智力抢答器组成框图
2．2设计要求
1．按下启动按钮（开始抢答）后，若10s内无人抢答，则抢答器自动撤消抢答信号（有声音提示），说明该题无人抢答，自动作废。
2．按下启动按钮（开始抢答）后，第一个按下按钮的信号有效，其余信号（后按下的）无效，有效信号用灯光和声音指示。
3．若有人抢答即按下任意一个抢答按钮，从按下按钮开始计时，在答题时间（约1min）完毕时，有灯光和声音信号提示答题时间到。
4．三路抢答器应有灯显示和分数值显示，对答题正确或错误者，在操作人员的控制下，可对其加10分或减10分。
加分可达最大分值是99分，减分可达最少分值是00分。
工作流程如图2所示。
图2三路抢答器工作流程示意图
2．3设计任务
1．根据题意，设计该PLC控制系统。
2．PLC选择及I/O及其它PLC元器件分配。
3．选择电器元件，编制元件目录。
找钱、汽水及咖啡指示灯为6.3V指示灯。
4．绘制梯形图。
5．用计算机绘制主电路图、PLC控制电路图、电器元件布置图。
6．编写设计说明书及设计小结。
3抢答器硬件系统设计
3.1控制系统选取
抢答器对时间间隔的要求很高，而且多在会议、答辩赛等一些正规的需要进行抢答的场合中使用，所以对设备的精准性和可靠性要求很高。
为此，我们对将采用的控制系统进行了全面的分析对比。
可编程控制器（PLC）是由工业微型计算机、输入,输出设备、保护及抗干扰隔离电路等构成的微机控制装置，具有顺序、周期性工作的特征，从应用角度看可编程控制器具有如下特点：
1、可靠性高
2、体积小
3、通用性好
4、使用方便
硬件系统分别选择4个额定电压为24V的电铃，8个额定电压为24V灯泡。
6个七段数码显示管（七段数码显示管用7位的信号驱动。
在实际应用中可以用三菱PLC指令SEGD.只需要用一个数据寄存器D）。
I/O接口分别为7个输入继电器X,35个输出继电器Y.和20%的裕量，所以选择三菱PLC的FX2N-80MR系列。
FX2N-80MR系列的PLC在各种行业的检测及控制的自动化都得到广泛的应用。
三菱FX2N-80MR具有40个输入辅助继电器X和40个输出辅继电器。
PLC的工作方式为周期扫描。
一个扫描周期大约为0.08us.可见其PLC的可靠性。
同时在使用方面用软件GX—developer.输入程序变换看是否有错误。
如果有错误继续修改。
没有通过计算机写入PLC运行调试。
使用很方便。
3.2控制系统的硬件组成
在抢答器的工作过程中，主控单元的主要控制对象首先是输入信号，控制系统就是判别这个事件有没有发生，不同的情况给出不同的结果，让大家都很快明白。
其硬件组成结构图如图3所示:
3.3硬件I/O地址分配
根据任务要求及所选FX3U-80MR（考虑20%接口裕量）和其他硬件（电铃，灯，七段数码显示管）PLC的I/O地址分配如图4（见下页）
表1三路智力抢答器输入输出口分配表
输入信号
输出信号
输入设备/符号
PLC输入点
输出设备/符号
PLC输出点
主持人复位/停止开关SB0
X0
PLC控制器电源接通指示HL1
Y0
主持人按抢答开始按钮SB1
X1
抢答信号灯、控制声音（HA）
Y1
主持人加分按钮（SB2）
X2
1号灯光和声音
Y2
主持人减分按钮（SB3）
X3
2号灯光和声音
Y3
第1号抢答按钮（SB4）
X4
3号灯光和声音
Y4
第2号抢答按钮（SB5）
X5
抢答时间到指示灯HL2
答题时间已到HL3
Y5
Y6
第3号抢答按钮（SB6）
X6
1号分数值显示
Y10-Y16、Y40-Y46
2号分数值显示
Y20-Y26、Y40-Y46
3号分数值显示
Y30-Y36、Y40-Y46
3.4硬件系统接线图
根据题目要求和I/O地址分配，结合FX3U-80MR的PLC外部系统接线图如图4所示。
3.5硬件接线分析
为了硬件电路接线方便，SB1抢答的开始按钮，对应输入点为X1输出点为Y0。
SB1、SB2、SB3分别对应三个参赛对号，输入点分别X4、X5、X6，输出点分别为Y2、Y3、Y4。
SB0为抢答的复位按钮，对应输入点为X0。
数码管1显示输出点为Y10-Y16。
数码管2显示输出点为Y20-Y26。
数码管3显示输出点为Y30-Y36。
PLC与数码管采用串电阻直接连接方式。
4抢答器软件系统设计
4.1整体设计
根据PLC智能抢答器的控制要求，应用程序采用一体化结构。
通过PLC控制程序来实现整体的运行，系统仅需要少量的按钮和接口，一般的PLC配置都可运行。
该系统本着简单易懂、可靠性强、适应性强等方面进行设计。
在抢答时只需按动按钮即可数码管在系统程序的控制下自动显示组号以及倒计时时间。
安全、可靠、省时、省力、价格便宜。
控制软件应用GX-developer编程软件，采用梯形图语言编写,工作系统自动控制流程框图如图5所示。
根据系统控制要求，进行针对性设计，要充分保证系统的安全，保证整个系统的运行安全可靠。
自动条件下，必须复位后在满足自动条件下才能进行自动运行程序，当中充分应用各个过程的互锁来保证系统的安全。
4.2PLC控制程序
为了编程结构的简单、明了在主程序中引用了中间继电器，X4—X6分别为三组选手的抢答信号，同时我们用中间继电器M1,M2,M3,M10,M51,M52进行自锁和互锁功能，以保证每个选手公平抢答。
主持人控制台有X1按钮用以抢答开始，X1按钮为复位按钮。
4.2.1主持人开始复位初始化
在主持人按抢答开始按钮X1时,复位D0和M52.同时有抢答开始声音信号Y1，在PLC开始运行时复位D1—D4。
如图5所示。
4.2.2三组抢答者抢答程序
在抢答者按下抢答的同时即X4（或X5,X6）为ON时产生一个互锁信号M10（锁定其他选手抢答）。
同时Y2（或Y3,Y4）有1秒钟ON信号，为了以后程序选择置位M1（或M2,M3）程序如图6所示。
4.2.3计时时间程序
根据任务要求当10秒内无人抢答则取消答题信号（用T4实现）。
程序如图7所示。
利用中间继电器M10和Y2和Y3和Y4开始计时。
如果已抢答则计时答题时间60秒，计满60秒不准答题。
程序如图8所示。
4.2.4加减分初始化
初始时需要解码D0作为加减分选通信号，同时有抢答者的信号（M1,M2,M3）参与加减分的选择。
程序如图9所示。
4.2.5加减分显示程序
如果答题正确加10分，错误减10分。
如果加分超过99分或减分低于0分则置零处理。
同时考虑到个位一直为零则用同一种输出接口连接数码管。
直接加减十位。
程序如图10。
图10加减分显示（下有续页）
4.2.6抢答器总程序
X4—X6分别为三组选手的抢答信号，同时我们用中间继电器M1,M2,M3,M10,M51,M52进行自锁和互锁功能，以保证每个选手公平抢答。
主持人控制台有X1按钮用以抢答开始，X0按钮为复位按钮。
在按下启动按钮SB1时复位所有数据寄存器（累加计分的数据寄存器除外D1—D4）然后三组抢答者开始抢答，抢答的同时产生一个切断信号M10（目地后者抢答无效）抢答后开始计时答题时间60秒。
答完以后主持人开始加减分（在抢答的基础之上产生一个选通信号）没有抢答的组加不了或见不了分数。
在加减分的同时需要对D1—D4进行判断（可以用CMP指令或LD=）.如果超过99或低于0都以0处理
由各功能块程序及任务要求编写程序如图11所示。
5安装与调试
将各个输入输出端子和实际控制系统中的按钮、所需控制设备正确连接，完成硬件的安装。
知识竞赛抢答器的程序是由三菱PLC编程软件GX-DEVELOPER编制完成，正常工作时程序存放在存储卡中，若要修改程序，先将PLC设定在STOP状态下，运行三菱PLC编程软件GX-DEVELOPER编程软件，打开知识竞赛抢答器的程序，即可在线调试，也可用编程器进行调试。
（1）按下抢答开始按钮SB1.先在10秒内抢答，看答题开始计时60秒后是否有灯光和声音信号。
（2）按下抢答开始按钮SB1.10秒内无人抢答是否有灯光和声音信号。
（3）在正确的抢答情况下加减分是否有正确显示。
（4）所有的信号显示都要根据I/O分配。
看是否正确。
6结论
通过此次课程设计，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。
在做设计时，我复习了很多专业课的知识，这使得我的专业知识在得到了巩固。
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。
但是，通过这次设计我也发现自己的很多不足之处。
在设计过程中我发现自己考虑问题很不全面，自己的专业知识掌握的很不牢固，所掌握的计算机应用软件还不够多，我希望自己的这些不足之处能在今后的工作和学习中得到改善。
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]史国生主编.电气控制与可编程控制器技术.北京：
化学工业出版，2010.5
[2]钟肇新等.可编程控制器原理及应用[M].广州:
华南理工大学出版社，2008.
[3]三菱FXPLC使用手册.三菱公司.
致谢
感谢我的指导教师罗雪莲老师，你从一开始的任务书方向的选定，到最后的整篇任务书的完成，都非常耐心的对我进行指导。
给我提供了大量数据资料和建议，告诉我应该注意的细节问题，细心的给我指出错误，修改任务书。
我要感谢在我学习生涯中，无私传授我知识的各位老师，是你们将自己宝贵的财富无私地奉献给了我们，让我们能在学业上有所成绩；
是你们让我倍感教师职业的伟大，教给我们知识，又不忘教育我们如何做人！
在此，我还要感谢同学们在我完成论文的过程中给予我的帮助和鼓励。
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