智能搶答器控制系統(tǒng)課程設(shè)計

智能搶答器控制系統(tǒng)課程設(shè)計PAGE1PAGE6目錄目錄 1第一章概述 21.1智能搶答器的簡要介紹 21.2搶答器的控制要求 21.3搶答器的控制特點分析 3第二章硬件電路設(shè)計 42.1PLC機型的選擇步驟與原則 42.2LED顯示器的設(shè)計 52.3PLC與七段數(shù)碼管直接連接阻值計算 62.4IO分配表 62.5外部硬件接線圖 7第三章程序設(shè)計 83.1梯形圖設(shè)計 83.2程序語句表 133.3程序運行過程分析說明 17總結(jié) 19參考文獻 20智能搶答器控制系統(tǒng)課程設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第1頁。

第一章概述智能搶答器控制系統(tǒng)課程設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第1頁。1.1智能搶答器的簡要介紹搶答器是為智力競賽參賽者答題時進行搶答而設(shè)計的一種優(yōu)先判決器電路，廣泛應(yīng)用于各種知識競賽、文娛活動等場合。在各類競賽中，特別是做搶答題時，在搶答過程中，為了知道哪一組或哪一名選手先答題，必須要有一個系統(tǒng)來完成這個任務(wù)。如果在搶答過程中，只靠人的視覺是很難判斷出哪組先答題。利用PLC來設(shè)計搶答器，使以上問題得以解決，即使有兩組的搶答時間相差幾微秒，也可分辨出哪組優(yōu)先答題；而且其控制方便、靈活，只要改變輸入PLC的控制程序，便可以改變競賽搶答器的搶答的方案。1.2搶答器的控制要求（1）競賽搶答器能使6個隊同時參加競賽搶答。（2）設(shè)裁判隊為裁判臺，參賽隊為參賽臺。裁判臺設(shè)有音響和裁判燈，并設(shè)有開始按鈕SB0和復(fù)位按鈕SB7；參賽臺設(shè)有按鈕和燈。1-6號參賽臺分別對應(yīng)按鈕SB1-SB6及燈EL1-EL6。（3）智能搶答器能適合以下比賽規(guī)則：出題后，各隊搶答必須在裁判說出“開始”并按下開始按鈕SB0后15s內(nèi)搶答，并由數(shù)碼管顯示時間。如提前搶答，搶答器將發(fā)出“違規(guī)”信號。15s時間到，如無隊搶答，則搶答器給出時間已到信號，該題作廢。在有隊搶答的情況下，搶答器發(fā)出“搶答”信號，數(shù)碼管開始計時顯示，并由數(shù)碼管顯示出搶到題的參賽隊號。搶到題的隊必須在30s內(nèi)答完題，如30s內(nèi)還沒答完，則作超時處理。賽場還設(shè)有時間數(shù)碼顯示器和顯示搶到答題隊號的數(shù)碼顯示器。（4）燈光與音響信號的意義如下：音響叫+某臺燈亮，由某參賽隊正常搶答。音響叫+某臺燈亮+裁判臺燈亮，某參賽隊違規(guī)。音響叫+裁判臺燈亮，無人搶答或答題超時。（5）在某個題目結(jié)束后，裁判員按下裁判臺上的復(fù)位按鈕SB7，搶答器恢復(fù)原來的狀態(tài)，為下一輪搶答做好準(zhǔn)備。智能搶答器控制系統(tǒng)課程設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第2頁。表1-1各硬件與座位的對應(yīng)關(guān)系智能搶答器控制系統(tǒng)課程設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第2頁。座位裁判臺參賽臺1參賽臺2參賽臺3參賽臺4參賽臺5參賽臺6按鈕SB0,SB7SB1SB2SB3SB4SB5SB6指示燈BL0BL1BL2BL3BL4BL5BL6音響有無無無無無無顯示器兩個無無無無無無初始狀態(tài)復(fù)位圖1-1結(jié)構(gòu)流程圖開始搶答初始狀態(tài)復(fù)位圖1-1結(jié)構(gòu)流程圖開始搶答違規(guī)搶答狀態(tài)：開始信號發(fā)出前搶答，音響叫+某臺燈亮+總臺燈亮。正常搶答狀態(tài)：開始信號發(fā)出15s內(nèi)，音響叫+某臺燈亮。無人應(yīng)答狀態(tài)：開始信號發(fā)出15s內(nèi)，音響叫+裁判臺燈亮。1.3搶答器的控制特點分析智能搶答器通過PLC進行控制，按要求進行編程；其主要輸入就是通過裁判員和參賽選手的按鈕，然后將信號傳遞給信息分析中心PLC，PLC將根據(jù)信號做出相應(yīng)的回應(yīng)。圖1-2系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)框圖智能搶答器控制系統(tǒng)課程設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第3頁。

第二章硬件電路設(shè)計智能搶答器控制系統(tǒng)課程設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第3頁。2.1PLC機型的選擇步驟與原則隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，PLC產(chǎn)品的種類也越來越多。不同型號的PLC，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價格等也各有不同，適用的場合也各有側(cè)重。因此，合理選用PLC，對于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)有著重要意義。PLC的選擇主要應(yīng)從PLC的機型、容量、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。PLC機型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護方便的前提下，力爭最佳的性能價格比。選擇時主要考慮以下幾點：⑴合理的結(jié)構(gòu)型式PLC主要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)型式。整體式PLC的每一個I/O點的平均價格比模塊式的便宜，且體積相對較小，一般用于系統(tǒng)工藝過程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式PLC的功能擴展靈活方便，在I/O點數(shù)、輸入點數(shù)與輸出點數(shù)的比例、I/O模塊的種類等方面選擇余地大，且維修方便，一般于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。⑵安裝方式的選擇PLC系統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠(yuǎn)程I/O式以及多臺PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。集中式不需要設(shè)置驅(qū)動遠(yuǎn)程I/O硬件，系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低；遠(yuǎn)程I/O式適用于大型系統(tǒng)，系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣，遠(yuǎn)程I/O可以分散安裝在現(xiàn)場裝置附近，連線短，但需要增設(shè)驅(qū)動器和遠(yuǎn)程I/O電源；多臺PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺設(shè)備分別獨立控制，又要相互聯(lián)系的場合，可以選用小型PLC，但必須要附加通訊模塊。⑶相應(yīng)的功能要求一般小型(低檔)PLC具有邏輯運算、定時、計數(shù)等功能，對于只需要開關(guān)量控制的設(shè)備都可滿足。對于以開關(guān)量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，可選用能帶A/D和D/A轉(zhuǎn)換單元，具有加減算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送功能的增強型低檔PLC。對于控制較復(fù)雜，要求實現(xiàn)PID運算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)模大小及復(fù)雜程度，選用中檔或高檔PLC。但是中、高檔PLC價格較貴，一般用于大規(guī)模過程控制和集散控制系統(tǒng)等場合。智能搶答器控制系統(tǒng)課程設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第4頁。⑷響應(yīng)速度要求智能搶答器控制系統(tǒng)課程設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第4頁。PLC是為工業(yè)自動化設(shè)計的通用控制器，不同檔次PLC的響應(yīng)速度一般都能滿足其應(yīng)用范圍內(nèi)的需要。如果要跨范圍使用PLC，或者某些功能或信號有特殊的速度要求時，則應(yīng)該慎重考慮PLC的響應(yīng)速度，可選用具有高速I/O處理功能的PLC，或選用具有快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊的PLC等。⑸系統(tǒng)可靠性的要求對于一般系統(tǒng)PLC的可靠性均能滿足。對可靠性要求很高的系統(tǒng)，應(yīng)考慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。⑹機型盡量統(tǒng)一一個企業(yè)，應(yīng)盡量做到PLC的機型統(tǒng)一。主要考慮到以下三方面問題：①機型統(tǒng)一，其模塊可互為備用，便于備品備件的采購和管理。②機型統(tǒng)一，其功能和使用方法類似，有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)和技術(shù)水平的提高。③機型統(tǒng)一，其外部設(shè)備通用，資源可共享，易于聯(lián)網(wǎng)通信，配上位計算機后易于形成一個多級分布式控制系統(tǒng)。綜上所述，基于以上思想，選用三菱FX2N-48MR的PLC作為控制主機。2.2LED顯示器的設(shè)計由控制要求可知，七段數(shù)碼管是由七段發(fā)光二極管（LED）組合起來顯示數(shù)字0—9的，如圖2-1所示，要顯示數(shù)字0—9中的不同數(shù)字，就必須根據(jù)需要點亮七段數(shù)碼管中不同段的LED發(fā)光。智能搶答器控制系統(tǒng)課程設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第5頁。圖2-1常見LED數(shù)碼管的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)智能搶答器控制系統(tǒng)課程設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第5頁。2.3PLC與七段數(shù)碼管直接連接阻值計算根據(jù)LED數(shù)碼管每筆畫工作電流I在5～10mA之間，若電流過大會損壞數(shù)碼管，因此必須加限流電阻，其電阻可按下式計算R=（V0-V1）/I其中V0為加在LED兩端上的電壓，V1為LED數(shù)碼管每筆劃壓降（約為2V）。本次設(shè)計PLC電源采用的是直流24V，PLC的輸出電壓為5V，通過數(shù)碼管的電流I=3mA計算可得R=1KΩ。本次設(shè)計共用到了三個數(shù)碼管，所以須要21個1KΩ的R，以及5個EL燈和一個音響。2.4IO分配表表2-1智能搶答器輸入輸出口分配表輸入信號輸出信號名稱代號輸入點標(biāo)號名稱代號輸出點標(biāo)號裁判臺開始按鈕SB0X0裁判臺燈EL0Y01號賽臺搶答器按鈕SB1X11號參賽臺燈EL1Y12號賽臺搶答器按鈕SB2X22號參賽臺燈EL2Y23號賽臺搶答器按鈕SB3X33號參賽臺燈EL3Y34號賽臺搶答器按鈕SB4X44號參賽臺燈EL4Y45號賽臺搶答器按鈕SB5X55號參賽臺燈EL5Y56號賽臺搶答器按鈕SB6X66號參賽臺燈EL6Y6裁判臺復(fù)位按鈕SB7X7音響B(tài)Y7顯示器1LE1Y10-Y16顯示器2LE2Y20-Y26顯示器3LE3Y30-Y36智能搶答器控制系統(tǒng)課程設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第6頁。為了硬件電路接線方便和程序清晰易讀，用SB0作為開始按鈕，四個參賽隊分別用與之對應(yīng)號SB1、SB2、SB3、SB4、SB5、SB6設(shè)置按鈕。SB7為比賽復(fù)位按鈕，使下輪比賽開始。輸出與輸入對應(yīng)，用YO輸出信號驅(qū)動比賽開始信號燈EL0，同理用Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6輸出信號驅(qū)動對應(yīng)的信號燈EL1、EL2、EL3、EL4、EL5、EL6。Y7輸出信號驅(qū)動音響。Y10-Y16輸出信號驅(qū)動數(shù)碼管1顯示各個參賽隊的隊號。Y20-Y26輸出信號驅(qū)動數(shù)碼管2，顯示搶答時間的個位，Y30-Y36輸出信號驅(qū)動數(shù)碼管3，顯示搶答時間的十位。智能搶答器控制系統(tǒng)課程設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第6頁。2.5外部硬件接線圖PLC與數(shù)碼管采用串電阻直接連接方式。其外部硬件接線圖如圖3-13所示。智能搶答器控制系統(tǒng)課程設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第7頁。圖2-2外部硬件接線圖智能搶答器控制系統(tǒng)課程設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第7頁。第三章程序設(shè)計3.1梯形圖設(shè)計智能搶答器控制系統(tǒng)課程設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第8頁。智能搶答器控制系統(tǒng)課程設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第9頁。智能搶答器控制系統(tǒng)課程設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第10頁。智能搶答器控制系統(tǒng)課程設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第11頁。智能搶答器控制系統(tǒng)課程設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第12頁。智能搶答器控制系統(tǒng)課程設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第8頁。智能搶答器控制系統(tǒng)課程設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第9頁。智能搶答器控制系統(tǒng)課程設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第10頁。智能搶答器控制系統(tǒng)課程設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第11頁。智能搶答器控制系統(tǒng)課程設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第12頁。3.2程序語句表智能搶答器控制系統(tǒng)課程設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第13頁。智能搶答器控制系統(tǒng)課程設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第13頁。智能搶答器控制系統(tǒng)課程設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第14頁。智能搶答器控制系統(tǒng)課程設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第15頁。智能搶答器控制系統(tǒng)課程設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第14頁。智能搶答器控制系統(tǒng)課程設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第15頁。智能搶答器控制系統(tǒng)課程設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第16頁。智能搶答器控制系統(tǒng)課程設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第16頁。3.3程序運行過程分析說明⑴當(dāng)裁判臺按下開始按鈕時，就將信號傳入PLC中，同時四個參賽隊處于搶答狀態(tài)。然后根據(jù)哪個隊最先搶到題目，然后在規(guī)定的答題時間內(nèi)作答，或者答題超時。（由規(guī)定顯示電路和音響作出反應(yīng)。）例如，1號參賽隊搶到題目，同時搶答繼電器M1通電并自鎖，搶答繼電器M1與其它參賽臺按鈕輸入觸點相串聯(lián)的常閉觸點斷開，使得在有搶答按鈕按下的情況下，其它按鈕均無效。搶答繼電器M1閉合，答題限時繼電器M2閉合并自鎖，使得答題限時計時器T1開始計時。①若1號參賽臺答題超時，搶答繼電器M1通電閉合，答題限時計時器T1計時到，其常開觸點閉合。在答題超時的情況下，M1的常開觸點與T1的常開觸點串聯(lián)驅(qū)動裁判臺的燈和音響。②若1號參賽臺違規(guī)搶答，搶答允許繼電器M0未閉合，裁判員未按下開始按鈕SB0(X0未閉合)，而搶答繼電器M1閉合。在違規(guī)搶答的情況下，M0和M1是“與”的關(guān)系，即M0的常閉觸點與M1的常開觸點串聯(lián)驅(qū)動裁判臺燈和音響。③無參賽隊搶答，搶答繼電器M1未通電閉合(無人搶答)，搶答限時計時器T0計時到，常開觸點閉合。當(dāng)無人搶答時，M1的常閉觸點與T0的常開觸點串聯(lián)驅(qū)動裁判臺燈和音響。綜上所述，當(dāng)1號參賽隊違規(guī)搶答、無人搶答、答題超時驅(qū)動裁判臺燈及正常搶答時答題驅(qū)動音響的梯形圖。其中M3為音響驅(qū)動繼電器，當(dāng)四種條件中有一種合符時，M3閉合一個掃描周期，使得音響驅(qū)動輸出繼電器Y5閉合，音響發(fā)出聲音，同時音響限時計時器T2通電計時，經(jīng)過1S后計時器T1動作，其常閉觸點斷開Y5及T2的電源，音響停止發(fā)出聲音。⑵搶答參賽隊號顯示，選用輸出繼電器Y10～Y16驅(qū)動數(shù)碼管1的七段發(fā)光管，即當(dāng)有人搶答時即可顯示搶到題的隊號。①當(dāng)1號參賽臺搶到題，則1號參賽臺燈驅(qū)動輸出繼電器Y1閉合，Y1的常開觸點閉合，驅(qū)動Y11和Y12，數(shù)碼管1即顯示“1”的字符。②當(dāng)2號參賽臺搶到題，則2號參賽臺燈驅(qū)動輸出繼電器Y2閉合，驅(qū)動Y10、Y11、Y13、Y14和Y16，數(shù)碼管1即顯示“2”的字符。③當(dāng)3號參賽臺搶到題，則3號參賽臺燈驅(qū)動輸出繼電器Y3閉合，驅(qū)動Y10、Y11、Y12、Y13、和Y16，數(shù)碼管1即顯示“3”的字符。④當(dāng)4號參賽臺搶到題，則4號參賽臺燈驅(qū)動輸出繼電器Y4閉合，驅(qū)動Y11、Y12、Y15和Y16，數(shù)碼管1即顯示“4”的字符。智能搶答器控制系統(tǒng)課程設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第17頁。⑶計時脈沖產(chǎn)生程序。計時脈沖產(chǎn)生程序由計時器T3、T4組成。當(dāng)搶答允許繼電器M0閉合時，計時器T3開始計時，經(jīng)過0.5S后，T3的常開觸點閉合，接通計時器T4的電源；在經(jīng)過0.5S后，T4動作，其常閉觸點斷開，使T3復(fù)位，常開觸點閉合，接通秒個位移位繼電器M4。經(jīng)過一個掃描周期后T4的常開觸點斷開，M4復(fù)位。智能搶答器控制系統(tǒng)課程設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第17頁。⑷計時顯示程序。計時顯示程序由輸出繼電器Y20-Y26，Y30-Y36驅(qū)動數(shù)碼管2和數(shù)碼管3完成。其中輸出繼電器Y20-Y26驅(qū)動數(shù)碼管2，擔(dān)任秒個位的顯示；Y30-Y36驅(qū)動數(shù)碼管3，擔(dān)任秒十位的顯示。在搶答允許繼電器M0閉合后，繼電器M9閉合，輸出繼電器Y20、Y21、Y22、Y23、Y24、Y25閉合，驅(qū)動數(shù)碼管2顯示“0”字符，同時秒脈沖信號產(chǎn)生程序開始工作。經(jīng)過1S后，秒脈沖繼電器M4閉合一個掃描周期，將M9中“1”的狀態(tài)移位至M10中，M10閉合，輸出繼電器Y21、Y22閉合，驅(qū)動數(shù)碼管2顯示“1”字符，同理，隨著左指令SFTL的運行，數(shù)碼管將接著顯示“2、3、4、5¨¨¨¨、9”字符。當(dāng)“1”狀態(tài)移位至繼電器M18時，數(shù)碼管2顯示“9”字符；當(dāng)“1”的狀態(tài)移位至繼電器M19中時，繼電器M10-M18全部復(fù)位，M9又閉合，數(shù)碼管2又顯示“0”字符。同時M19閉合，使得繼電器M20產(chǎn)生一個掃描周期脈沖，這個脈沖將M21中的“1”狀態(tài)移位至M22中，繼電器M22閉合，輸出繼電器Y31、Y32閉合，數(shù)碼管3顯示“1”字符。在搶答允許繼電器M0閉合后，若在15S內(nèi)有人搶答，由M0常開觸點和M1常開觸點組成的搶答計時顯示觸點閉合，使得M5閉合一個掃描周期，數(shù)碼管2和數(shù)碼管3復(fù)位清零。同理，若有人搶答但答題超時，則由M1常開觸點和T1的常開觸點組成的答題超時觸點組閉合，使繼電器M25閉合，數(shù)碼管2和數(shù)碼管3復(fù)位清零。按下復(fù)位按鈕SB7，X7閉合，各輸出繼電器輔助繼電器全部釋放，為下一次搶答作準(zhǔn)備。智能搶答器控制系統(tǒng)課程設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第18頁。

總結(jié)智能搶答器控制系統(tǒng)課程設(shè)計全文共21頁，當(dāng)前為第18頁。

經(jīng)過這兩個星期的努力，在老師和同學(xué)的幫助下做完了課程設(shè)計的工作，由于自己知識的缺乏及能力的有限，課程設(shè)計中仍存在一些小毛病。但是通過這次的畢業(yè)設(shè)計，我能運用已學(xué)的知識解決我在設(shè)計中遇到的問題，使自己思考問題的能力得到了很大的提高。在做設(shè)計的過程中我查閱了很多的資料，并認(rèn)真的閱讀這些與我的設(shè)計相關(guān)的資料，從而我的專業(yè)涵養(yǎng)得到了提高，知識的儲備量也有所增加。在做設(shè)計時，我復(fù)習(xí)了很多專業(yè)課的知識，這使得我的專業(yè)知識得到了鞏固。我想這對于自己以后的學(xué)習(xí)和工作都會有很大的幫助的。通過這次設(shè)計我也發(fā)