基于控制電器(繼電器)的搶答器設(shè)計(jì)

1、湖南科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院礦山電器與控制 題 目：_搶答器電器控制電路設(shè)計(jì)_專 業(yè)： 自動(dòng)化 班 級(jí)： 一班 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 王靖 2015年 5 月 17 日論文要求一 控制要求 1 設(shè)計(jì)供10組參賽進(jìn)行搶答的控制系統(tǒng)，有聲音提示。并設(shè)有答題時(shí)間控 制60s。n 2 參賽者只有在主持人按下開始搶答按鈕后再開始搶答才有效，否則按搶答 器按鈕或一直按住搶答器按鈕不放，均不起作用。n 3 每道答題在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)60s完成，超時(shí)則自動(dòng)取消答題資格，并報(bào)警一 聲。n 4 在搶答時(shí)顯示最先搶到的一組的組號(hào)，揚(yáng)聲器響聲，其他組均被封鎖。n 5 答題完成后自動(dòng)復(fù)位。二 報(bào)告要求 說明整個(gè)

2、系統(tǒng)的工作原理并畫出各部分電路圖。完成各個(gè)控制電器的選 型。具備良好的保護(hù)功能。摘要窗體底端我們?nèi)粘Ｉ钪?，參加各種各樣的競(jìng)賽時(shí)，或者在電視里都能看到各種各樣的搶答器。其實(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)搶答功能的方式有很多種，可以采用前期的模擬電路，數(shù)字電路或模擬與數(shù)字電路相結(jié)合的方式，也可以用單片機(jī)，PLC等來實(shí)現(xiàn)搶答器的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)采用控制電器-繼電器實(shí)現(xiàn)10路搶答器的組成，設(shè)計(jì)思路，及功能。 本設(shè)計(jì)可供10組參賽選手進(jìn)行搶答，參賽者只有在主持人按下開始搶答按鈕后再開始搶答才有效，否則按搶答器按鈕或一直按住搶答器按鈕不放，均不起作用。每道答題在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)60s完成，超時(shí)則自動(dòng)取消答題資格，并報(bào)警一聲。在搶答時(shí)

3、顯示最先搶到的一組的組號(hào)，揚(yáng)聲器響聲，其他組均被封鎖。答題完成后自動(dòng)復(fù)位。繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開關(guān)”，故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。本設(shè)計(jì)采用10個(gè)繼電器實(shí)現(xiàn)搶答器功能，利用繼電器的常開觸點(diǎn)，常閉觸點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)電路的接通和斷開，從而達(dá)到設(shè)計(jì)的目的。 關(guān)鍵詞：繼電器，搶答器目錄第一章 繼電器的發(fā)展與前景51.1繼電繼的發(fā)展歷程51.2繼電器的發(fā)展前景5第二章 繼電器的基本介紹62.1電磁繼電器的原理及組成62.2繼電器主要產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)72.3

4、繼電器的選用7第三章：硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)83.1系統(tǒng)控制要求83.2系統(tǒng)控制的思路8第四章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)84.1元器件清單84.2搶答器電路圖9 4.2.1選手搶答電路94.2.2定時(shí)計(jì)數(shù)電路104.2.3主持人控制電路104.2.4 LED燈、喇叭電路104.3搶答器的制作步驟10第五章 總結(jié)與體會(huì)11第六章 優(yōu)缺點(diǎn)分析及改進(jìn)125.1優(yōu)點(diǎn)分析125.2缺點(diǎn)分析及改進(jìn)125.2.1缺點(diǎn)分析125.2.2 缺點(diǎn)改進(jìn)12第七章 參考文獻(xiàn)13第1章 繼電器的發(fā)展與前景1.1繼電繼的發(fā)展歷程 它起源于20世紀(jì)60年代中后期，是在英國(guó)、澳大利亞和美國(guó)的一些學(xué)者的倡導(dǎo)下開始進(jìn)行研究的。60年代中期，有人提出用小

5、型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的設(shè)想，但是由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)的價(jià)格昂貴，同時(shí)也無法滿足高速繼電保護(hù)的技術(shù)要求，因此沒有在保護(hù)方面取得實(shí)際應(yīng)用，計(jì)算機(jī)技術(shù)在70年代初期和中期出現(xiàn)了重大突破，大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，使得微型處理器和微型計(jì)算機(jī)進(jìn)入了實(shí)用階段。價(jià)格的大幅度下降，可靠性、運(yùn)算速度的大幅度提高，促使計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)的研究出現(xiàn)了垃圾。我國(guó)的微機(jī)保護(hù)研究起步于20世紀(jì)70年代末期、80年代初期，盡管起步晚，但是由于我國(guó)繼電保護(hù)工作者的努力，進(jìn)展卻很快。經(jīng)過10年左右的奮斗，到了80年代末，計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)，特別是輸電線路微機(jī)保護(hù)已達(dá)到了大量實(shí)用的程度。我國(guó)對(duì)計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)的研究過程中，高等院校和科研院所

6、起著先導(dǎo)的作用。從70年代開始，華中理工大學(xué)、東南大學(xué)、華北電力學(xué)院、西安交通大力自動(dòng)化研究院都相繼研制了不同原理、不同型式的微機(jī)保護(hù)裝置。1984年原華北電力學(xué)院研制的輸電線路微機(jī)保護(hù)裝置、南京電力自動(dòng)化研究院研制的微機(jī)線路保護(hù)裝置也于1991年通過鑒定。天津大學(xué)與南京電力自動(dòng)化設(shè)備廠合作研制的微機(jī)相電壓補(bǔ)償式方向高頻保護(hù)，西安交通大學(xué)與許昌繼電器廠合作研制的正序故障分量方向高頻保護(hù)也相繼于1993年、1996年通過鑒定。至因此到了90年代，我國(guó)繼電保護(hù)進(jìn)入了微機(jī)時(shí)代。隨著微機(jī)保護(hù)裝置的研究，在微機(jī)保護(hù)軟件、算法等方面也取得了很多理論成果，并且應(yīng)用于實(shí)際之中。 1.2繼電器的發(fā)展前

7、景 近年來，隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，作為基礎(chǔ)元件的繼電器被廣泛應(yīng)用在家電、通信、汽車、儀器儀表、機(jī)器設(shè)備、航空航天等自動(dòng)化控制領(lǐng)域。最近的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，在電子元件產(chǎn)品中，繼電器已經(jīng)成為第一大產(chǎn)品。  繼電器是自動(dòng)化控制領(lǐng)域應(yīng)用中的重要角色，近年來市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，各個(gè)繼電器企業(yè)爭(zhēng)相推出最新款差異化的產(chǎn)品，使得繼電器已經(jīng)超出傳統(tǒng)意義上簡(jiǎn)單的時(shí)域基礎(chǔ)元件的概念，尤其是高科技先進(jìn)技術(shù)性能指標(biāo)產(chǎn)品的出現(xiàn)，更給繼電器提供了一個(gè)廣闊的舞臺(tái)。  繼電器在我國(guó)發(fā)展還有很大的提升空間，主要表現(xiàn)在高端技術(shù)的繼電器還存在著空白。這讓我意識(shí)到發(fā)展與創(chuàng)新是一個(gè)產(chǎn)業(yè)以致一個(gè)企業(yè)或國(guó)家，一個(gè)民族欣欣

8、向榮的保證。 繼電器的逢勃發(fā)展讓我看到這片市場(chǎng)將來還要迅猛快速的發(fā)展。很感謝這次的選修課讓我有了一次視野開闊的機(jī)會(huì)，還讓我懂得了繼電器在我們生活中的應(yīng)用以及其工作原理，和其中蘊(yùn)含的巨大發(fā)展前景。第二章 繼電器的基本介紹2.1電磁繼電器的原理及組成 電磁繼電器是有觸點(diǎn)電磁電器的一種（如圖1），一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動(dòng)

9、觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）釋放。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。在各種自動(dòng)控制設(shè)備中，都要求用一個(gè)低壓電路控制一個(gè)高壓的電氣電路。這樣不僅可以為電子線路和電氣電路提供良好的電隔離，還可以保護(hù)電子電路和人員安全，而電磁繼電器一般有兩股電路，低壓控制電路和高壓工作電路。它利用電磁效應(yīng)實(shí)現(xiàn)電路開、關(guān)控制作用，很好地實(shí)現(xiàn)了低壓控制高壓這一功能，因此廣泛應(yīng)用在電子設(shè)備、儀器儀表及自動(dòng)化設(shè)備中。 1) 電磁系統(tǒng)：即感應(yīng)機(jī)構(gòu)，由軟磁材料制成的鐵芯、軛鐵和銜鐵構(gòu)成的磁 路系統(tǒng)和線圈組裝而成。通電就有磁性，也算是電磁繼電器最核心的部 分;(圖中1、2)2) 接觸系統(tǒng)：即執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由不同

10、形式的觸點(diǎn)簧片或用作觸點(diǎn)的接觸片以 一定的絕緣方式組裝而成。即決定哪塊電路通電的部分;(圖中3、4、5)3) 傳動(dòng)和復(fù)原機(jī)構(gòu)：即中間比較機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)繼電器動(dòng)作的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是指當(dāng) 線圈激勵(lì)時(shí)將銜鐵運(yùn)動(dòng)傳遞到觸點(diǎn)簧片上的機(jī)構(gòu)。一般是由和銜鐵連接 在一起的觸點(diǎn)簧片直接傳動(dòng)或通過銜鐵的運(yùn)動(dòng)間接地推動(dòng)觸點(diǎn)簧片運(yùn) 動(dòng)。(圖中6)2.2繼電器主要產(chǎn)品技術(shù)參數(shù) 額定工作電壓：是指繼電器正常工作時(shí)線圈所需要的電壓，也就是控 制電路的控制電壓。根據(jù)繼電器的型號(hào)不同，可以是交流電壓，也可以 是直流電壓。 直流電阻：是指繼電器中線圈的直流電阻，可以通過萬能表測(cè)量。 吸合電流：是指繼電器能夠產(chǎn)生吸合動(dòng)作的最小電流。在正常使

11、用時(shí)， 給定的電流必須略大于吸合電流，這樣繼電器才能穩(wěn)定地工作。而對(duì)于 線圈所加的工作電壓，一般不要超過額定工作電壓的1.5倍，否則會(huì)產(chǎn) 生較大的電流而把線圈燒毀。 釋放電流：是指繼電器產(chǎn)生釋放動(dòng)作的最大電流。當(dāng)繼電器吸合狀態(tài) 的電流減小到一定程度時(shí)，繼電器就會(huì)恢復(fù)到未通電的釋放狀態(tài)。這時(shí) 的電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于吸合電流。 觸點(diǎn)切換電壓和電流：是指繼電器允許加載的電壓和電流。它決定 了繼電器能控制電壓和電流的大小，使用時(shí)不能超過此值，否則很容易 損壞繼電器的觸點(diǎn)。 2.3繼電器的選用 1.先了解必要的條件：控制電路的電源電壓，能提供的最大電流；被控制電路中的電壓和電流；被控電路需要幾組、什么

12、形式的觸點(diǎn)。選用繼電器時(shí)，一般控制電路的電 源電壓可作為選用的依據(jù)?？刂齐娐窇?yīng)能給繼電器提供足夠的工作電流， 否則繼電器吸合是不穩(wěn)定的。 2.查閱有關(guān)資料確定使用條件后，可查找相關(guān)資料，找出需要的繼電器的型號(hào)和規(guī)格號(hào)。若手頭已有繼電器，可依據(jù)資料核對(duì)是否可以利用。最后考慮尺寸是否合適。 3.注意器具的容積。若是用于一般用電器，除考慮機(jī)箱容積外，小型繼電器 主要考慮電路板安裝布局。對(duì)于小型電器，如玩具、遙控裝置則應(yīng)選用超小型繼電器產(chǎn)品。 4.本次設(shè)計(jì)選擇中間繼電器 MY2N-J 220V。 第三章：硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)控制要求 本系統(tǒng)的控制要求如下： 1 設(shè)計(jì)供10組參賽進(jìn)行搶答的控制系統(tǒng)，

13、有聲音提示。并設(shè)有答題時(shí)間 控制60s。n 2 參賽者只有在主持人按下開始搶答按鈕后再開始搶答才有效，否則按搶答 器按鈕或一直按住搶答器按鈕不放，均不起作用。n 3 每道答題在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)60s完成，超時(shí)則自動(dòng)取消答題資格，并報(bào)警一 聲。n 4 在搶答時(shí)顯示最先搶到的一組的組號(hào)，揚(yáng)聲器響聲，其他組均被封鎖。n 5 答題完成后自動(dòng)復(fù)位。3.2系統(tǒng)控制的思路主持人按鈕采用聯(lián)動(dòng)的開關(guān)SB2，主持人按下SB2后，十位選手開始搶答，十位參賽選手的按鍵用常開觸點(diǎn)SB0-SB9表示，任意一位選手搶題成功，則相應(yīng)的LED亮，KA1閉合使得喇叭響，同時(shí)KT1開始計(jì)時(shí)，若計(jì)時(shí)60s到，則系統(tǒng)復(fù)位，喇叭響；另一方面

14、，通過KA1使得常閉觸點(diǎn)KA1斷開，其他選手再搶答時(shí)，已不可能接通，從而無法搶答。第四章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1元器件清單元器件型號(hào)數(shù)量LED燈220V10個(gè)繼電器220V12個(gè)熱繼電器220V2個(gè)時(shí)間繼電器220V，60s1個(gè)常開觸點(diǎn)220V11個(gè)常閉觸點(diǎn)220V1個(gè)4.2搶答器電路圖 4.2.1選手搶答電路 4.2.2定時(shí)計(jì)數(shù)電路 4.2.3主持人控制電路 4.2.4 LED燈、喇叭電路 4.3搶答器的制作步驟 在設(shè)計(jì)一個(gè)電路系統(tǒng)時(shí)，首先必須明確系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)，根據(jù)任務(wù)進(jìn)行方案選擇，然后對(duì)方案中的各部分進(jìn)行單元電路的設(shè)計(jì)，器件選擇，最后對(duì)各部分分析，畫出一個(gè)符合設(shè)計(jì)要求的完整系統(tǒng)電路圖。 設(shè)計(jì)過程

15、是知識(shí)的綜合應(yīng)用過程，包括對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品的分析，對(duì)元器件的應(yīng) 用及對(duì)電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的完善。包括明確系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，方案選擇，電源電路的 設(shè)計(jì)和器件選擇，電路圖的繪制，以及電路方案的試驗(yàn)等。 主要制作步驟如下： （1）工作臺(tái)的整理和電工工具的準(zhǔn)備； （2）元器件的選擇與檢測(cè)：繼電器、熔斷器、按鈕、變壓器、LED燈； （3）導(dǎo)線的選擇：規(guī)格、顏色、長(zhǎng)短等； （4）元器件的正確安裝； （5）按電氣原理圖進(jìn)行正確接線。第五章 總結(jié)與體會(huì)本搶答器系統(tǒng)雖是針對(duì)十路參賽選手設(shè)計(jì)的，但通過原理分析可知，如果對(duì)外圍電路及程序稍加修改，就很容易使之?dāng)U展成更多路的搶答器。知識(shí)競(jìng)賽的一個(gè)最重要的硬件設(shè)備就是搶答器。以往企業(yè)

16、自己搞知識(shí)競(jìng)賽，都是主持人讀題，觀眾選手得安靜仔細(xì)聽題目，有條件的花上萬元買個(gè)電子搶答器，算是給知識(shí)競(jìng)賽賽場(chǎng)添彩了。大多依靠主持人發(fā)揮水平，選手和觀眾渴望的類似電視臺(tái)的節(jié)目效果難以實(shí)現(xiàn)。與電視播放的那些競(jìng)賽場(chǎng)面對(duì)照選手坐在顯示器前答題，觀眾看著大屏幕顯示題目和答案，大屏幕有搶答顯示計(jì)分排行等，絢麗的畫面有節(jié)奏的音樂差距很大，但這些都不是電視臺(tái)的專利，利用基于繼電器的搶答器，用戶自己就可以實(shí)現(xiàn)這樣的視覺效果。通過這次繼電器程序設(shè)計(jì)的課程設(shè)計(jì)和測(cè)試，我學(xué)到了很多。通過對(duì)該課題的了解，收集資料，研究其可行性，前期做了很多準(zhǔn)備工作，查看了很多資料，但這都是值得的，為后面程序的編寫和調(diào)試打下了基礎(chǔ)，不斷

17、加深了對(duì)電路的了解，比如對(duì)各電路器件（如：熱繼電器、熔斷器，電路設(shè)計(jì)等）及原理有了更深一層次的認(rèn)識(shí)，既增強(qiáng)了我的理解能力,也使我能更好的運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)。雖然都是一些已經(jīng)學(xué)習(xí)過的知識(shí)，但結(jié)合起來還是有一定的難度。同時(shí)，在此次設(shè)計(jì)中，我也發(fā)現(xiàn)了自己的不足，如缺乏耐心，動(dòng)手能力差等等。對(duì)于該設(shè)計(jì)有些許地方仍然需要改進(jìn)。第六章 優(yōu)缺點(diǎn)分析及改進(jìn)5.1優(yōu)點(diǎn)分析 本設(shè)計(jì)完全采用硬件電路實(shí)施控制，省去了軟件編程所帶來的一系列設(shè)計(jì)步驟，如結(jié)構(gòu)框圖，梯形圖，上機(jī)調(diào)試等等。易于制成簡(jiǎn)便的實(shí)物模塊，能夠獨(dú)立銷售，用戶使用方便。5.2缺點(diǎn)分析及改進(jìn) 5.2.1缺點(diǎn)分析硬件電路連接復(fù)雜，不利于安裝調(diào)試。電路設(shè)計(jì)過程繁瑣，電路圖不直觀，可讀性不強(qiáng)。完全采用硬件電路設(shè)計(jì)，制作和維修成本大，故障發(fā)生率高，不如采用 PLC的軟硬件結(jié)合的穩(wěn)定。