基于PLC的搶答器設(shè)計(共41頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上編號研究類型應用研究分類號TP29學士學位論文（設(shè)計）Bachelors Thesis論文題目基于PLC的八人搶答器設(shè)計作者姓名學號所在院系學科專業(yè)名稱導師及職稱論文答辯時間學士學位論文（設(shè)計）誠信承諾書中文題目：基于PLC的八人搶答器設(shè)計外文題目：The Design of Responder for Eight Persons Based on PLC學生姓名學生學號院系專業(yè)學生班級學生承諾我承諾在學士學位論文（設(shè)計）活動中遵守學校有關(guān)規(guī)定，恪守學術(shù)規(guī)范，本人學士學位論文（設(shè)計）內(nèi)容除特別注明和引用外，均為本人觀點，不存在剽竊、抄襲他人學術(shù)成果，偽造、篡改實驗數(shù)據(jù)

2、的情況。如有違規(guī)行為，我愿承擔一切責任，接受學校的處理。學生（簽名）：年月日指導教師承諾我承諾在指導學生學士學位論文（設(shè)計）活動中遵守學校有關(guān)規(guī)定，恪守學術(shù)道德規(guī)范，經(jīng)過本人核查，該生學士學位論文（設(shè)計）內(nèi)容除特別注明和引用外，均為該生本人觀點，不存在剽竊、抄襲他人學術(shù)成果，偽造、篡改實驗數(shù)據(jù)的現(xiàn)象。指導教師（簽名）：年月日目錄2基于PLC的八人搶答器設(shè)計楊波（指導老師 楊錦園副教授）（湖北師范大學機電與控制工程學院 中國 黃石 ）摘 要:隨著國家的發(fā)展和文化的不斷進步，隨處可見的社會活動，校園中的各類競賽以及電視節(jié)目中的智力節(jié)目經(jīng)常會有搶答環(huán)節(jié)，如果靠人眼來進行搶答的判斷，會有較大的誤差，無

3、法做出公平公正的判斷。這時就會需要搶答器，它可以代替人眼經(jīng)行判斷。最初的搶答器大多是由模擬電路，數(shù)字電路和混合電路組合構(gòu)成。本課程設(shè)計是基于PLC八人八位搶答器，其結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強，運行穩(wěn)定可靠，定時準確，可方便地設(shè)置定時時間，編程容易，功能擴展方便，修改靈活。關(guān)鍵字：PLC；搶答器；系統(tǒng)；控制中圖分類號：TP29The Design of Responder for Eight PersonsBased on PLC Yang Bo (Tutor:Yang Jinyuan )(College of Mechatronics and Control Engineering, Hubei

4、Normal University, Huangshi, China, )Abstract：With the development of country and the progressing of social,there are many social activities,the competitions of school and intelligence program on TV which often need the answer link.If we only use our eyes to judge the result of answer link ,there wi

5、ll be many errors,and this will make the host hard to take a judge which is fair and open.For this time,the responder is needed,it can judge the result replacing of the eyes.The traditional responder is composed of analog circuit,digital circuit and hybrid circuit. Operation is relatively slow, and

6、the line is complex. The curriculum is designed based on PLC eight responder, the structure is simple, strong anti-interference ability, stable and reliable operation, accurate timing, timing can be set conveniently, easy programming, function is easy to extend, modify flexible. Keywords：PLC;Respond

7、er;System;Control專心-專注-專業(yè)基于PLC的八人搶答器系統(tǒng)設(shè)計楊波（指導老師 楊錦園副教授）（湖北師范大學機電與控制工程學院 中國 黃石 ）1緒論1.1 選題背景隨著微處理器、計算機的飛速發(fā)展。計算機控制已經(jīng)占領(lǐng)了市場的各個領(lǐng)域。人們生活節(jié)奏的快速化推動著市場的發(fā)展。產(chǎn)品的反映速度與準確性決定了產(chǎn)品的銷量，也使得計算機市場朝著這個方向發(fā)展。隨著我國經(jīng)濟和文化事業(yè)的發(fā)展，大到國家活動，社會活動，小到學校組織競賽都需求一個公平公正的裁判，因此出現(xiàn)了搶答器。而原始搶答器由很多電路組成，線路復雜，且大部分工作由人為判斷，在搶答間隔時間較小時，肉眼或耳朵無法識別先后，這時候很容易造成誤

8、判，從而影響比賽的公正性。且當人數(shù)過多時，所要求的線路更加復雜，并且更加難以判斷。1.2 選題意義應變市場的需求，以單片機、CPLD、FPGA、PLC等技術(shù)投入了搶答器的市場1，但是以單片機技術(shù)支持的搶答器通過5V電源供電，遠程傳輸信號時信號會被大大削弱，從而導致系統(tǒng)可靠性不高，而PLC技術(shù)設(shè)計的搶答器通過24V電源供電，可就克服了信號衰減的問題。因此我們設(shè)計了以PLC技術(shù)為核心的新型搶答器，在原始搶答器的基礎(chǔ)上，添加了許多使用功能，如計時功能功能，報警功能，限時功能等，并且簡化了電路。1.3 搶答器在國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀國外發(fā)展現(xiàn)狀：搶答器是一種廣泛應用于企事業(yè)單位和商業(yè)部門 ,為各種知識竟賽、文

9、娛活動提供公正客觀快速裁決的一種常用電子設(shè)備 ,也是一種逐漸成型的電子產(chǎn)品2。目前市場上已有各種各樣的智力競賽搶答器,但絕大多數(shù)是早期設(shè)計的,以模擬電路、數(shù)字電路或者模擬電路與數(shù)字電路相結(jié)合的產(chǎn)品。這部分搶答器已相當成熟,但功能越多的電路相對來說就越復雜,且成本偏高,故障高,顯示方式簡單 (有的甚至沒有顯示電路) ,無法判斷提前搶按按鈕的行為,不便于電路升級換代。因此，提高搶答器的性能 ,使其具有更強的功能，使用可靠方便已為搶答器發(fā)展的一個方向。 隨著集成技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展 ,單片機作為其一個分支亦于 20世紀 80年代以來獲得了飛速發(fā)展 ,各種新品不斷涌現(xiàn) ,使單片機的應用更加深入 ,靈

10、活性也大大增強。介紹一種以 PLC為核心的八路搶答器系統(tǒng) ,它充分利用了PLC系統(tǒng)的優(yōu)點 ,具有結(jié)構(gòu)簡單、功能強大、可靠性好、實用性強的特點3。2 設(shè)計方案2.1 PLC簡介2.1.1 PLC控制器PLC控制器，及Programmable Logic Controller的簡稱，中文為可編程邏輯控制器，是一種具有微處理器的電子設(shè)備，多用于自動化控制，可以將控制指令的程序轉(zhuǎn)換為電平信號，通過外部繼電器進行控制電路的開關(guān)，可編程邏輯控制器由內(nèi)部CPU，內(nèi)存，電源模組，輸入輸出單元，數(shù)字模擬單元等組成4。在PLC控制器出現(xiàn)之前，自動化系統(tǒng)一般由許多繼電器與計數(shù)器的模擬電路進行連接從而實現(xiàn)功能，電路復

11、雜，原件多成本高，且可靠性不高。而PLC控制器，通過簡單的編程再由可編程邏輯模塊進行處理轉(zhuǎn)換從而代替大型設(shè)備，且系統(tǒng)可靠性較高5。2.1.2 基本結(jié)構(gòu)中央處理單元：中央處理單元一般運算器、控制器和寄存器組成這些電路都集中在一個芯片內(nèi)；與計算機相同，CPU為PLC的核心，它通過執(zhí)行儲存在存儲器中的程序并通過掃描的方式執(zhí)行程序；CPU的主要任務是控制用戶程序和數(shù)據(jù)的接收與儲存，并掃描外部I/O口輸入輸出狀態(tài)并根據(jù)程序做出響應的反應，從而達到所需控制。PLC進入運行狀態(tài)后，從存儲器讀取程序，通過掃描I/O口輸入端口的電平信號結(jié)合所寫程序通過CPU的處理，在對應I/O口的輸出端口輸出對應電平信號6。存

12、儲器：PLC存儲器包括系統(tǒng)儲存器和用戶存儲器兩部分。系統(tǒng)存儲器中寫死了一些程序，這些程序使PLC具有基本的功能，使得PLC能夠完成設(shè)計者規(guī)定的各項工作。用戶存儲器分為用戶程序存儲器和用戶數(shù)據(jù)存儲器，用戶程序存儲器用來存放PLC設(shè)計者針對某一具體任務所編寫的程序。用戶數(shù)據(jù)存儲器用來存放I/O口的開關(guān)狀態(tài)或數(shù)值7。輸入/輸出端口：PLC的輸入輸出信號可以是開關(guān)量或者是模擬量。輸入單元用來接收來自用戶設(shè)備的各種控制信號。輸出端口則通過輸入端口的控制信號，通過CPU與控制程序的運算輸出到對應端口的控制信號8。電源：PLC一般使用220V的交流電或者24V直流電，較高電壓也使得PLC具有其他微機如單片機

13、之類使用5V供電的所沒有抗干擾能力，并且在遠距離傳輸時，信號衰減不明顯。2.1.3 PLC特點抗干擾能力強，系統(tǒng)可靠性高：傳統(tǒng)的繼電觸控控制系統(tǒng)雖然也具有良好的抗干擾性，但是傳統(tǒng)繼電器觸控電路外部接線復雜，機械觸頭較多，且隨著時間推移，由于器件的老化、觸頭的抖動、脫焊及觸頭在開閉時受電弧的損害降低了系統(tǒng)的可靠性，線材老化導致的系統(tǒng)故障較為難以修復9。傳統(tǒng)繼電觸控控制系統(tǒng)線路中間需要中間繼電器進行信號的傳輸，系統(tǒng)外部電路更加復雜，由于觸電的老化，故障更容易發(fā)生，且外部線材等成本較高，更換頻繁。PLC用軟件代替大量的時間繼電器與中間繼電器，僅留下輸入輸出相關(guān)的少量外部硬件，這樣大大減少了因觸電或線

14、材老化而產(chǎn)生的故障。而PLC運用微電子技術(shù)，大多數(shù)的開關(guān)動作由無觸點的電子存儲器件來完成，大部分復雜的連線和繼電器被軟件程序所替代，因而系統(tǒng)可靠性高，簡化了外部電路，使用壽命較長。微機，類似單片機也具有較強的功能，但是抗干擾能力較差，在許多工業(yè)現(xiàn)場電磁波干擾、機械振動、溫度和濕度的變化、電源波動等都會成為系統(tǒng)的外部干擾因素，從而系統(tǒng)的抗干擾能力就要求較高，也使得一般微機無法在這種條件下正常工作。而PLC在電子線路、軟件結(jié)構(gòu)，以及機械結(jié)構(gòu)上都汲取了生產(chǎn)控制經(jīng)驗，主要模塊都采用了大規(guī)模集成電路，I/O系統(tǒng)設(shè)計有著較為完善的通道保護和信號調(diào)理電路10；在結(jié)構(gòu)上對防潮、耐熱、抗震等都有精確的考慮；在硬

15、件上采用隔離、濾波、屏蔽、接地等抗干擾能力。在本次畢業(yè)設(shè)計中，可以從硬件方面和軟件方面進行分析，提高系統(tǒng)可靠性。主要措施有： 硬件措施：屏蔽：PLC采用的材料對電源變壓器、CPU編程器等重要模塊具有良好的導電和導磁，從而對外界的一些干擾（電磁干擾，溫度等）進行了屏蔽作用11。濾波：采用多種濾波方式對供電系統(tǒng)的輸入輸出進行濾波。以削弱各個模塊之間的相互干擾并消除高頻干擾12。 電源的調(diào)整與保護:為適應交流電的波動、欠電壓、過電壓的影響，PLC采用多級濾波，同時采用集成電壓調(diào)整器進行電壓的調(diào)整，從而形成微處理器所需的+5V電源。  隔離:微處理器的輸入和輸出傳輸數(shù)字信號，為了防

16、止兩者之間的相互干擾，PLC采用光電隔離，有效的防止了不正常的輸出13。 采用模塊式結(jié)構(gòu):這種結(jié)構(gòu)有助于故障情況下短時修復。 設(shè)置環(huán)境檢測和診斷電路:這種分電路與軟件配合，可以實現(xiàn)靈活保護與故障指示等功能。 軟件措施：故障檢測:軟件周期性的檢測外界變量，對如掉電、強干擾信號等情況能進行反饋并處理。信息保護和恢復:對偶發(fā)性故障只要故障條件出現(xiàn)時，不破壞PLC內(nèi)部的信息，一旦故障條件消失，就可恢復正常，繼續(xù)原來的工作。  設(shè)置了警戒時鐘WDT:如果程序每循環(huán)執(zhí)行時間超過了WDT規(guī)定時間，預示了程序進入死循環(huán)，立即報警14。  加強對程序的檢查和檢驗

17、:一旦程序有錯，立即報警并停止執(zhí)行?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、靈活、通用性強：可編程控制器系列產(chǎn)品現(xiàn)已生產(chǎn)，外部擴展的多個模塊，采用可編程控制器和外圍模塊類型，可以完成許多復雜的控制系統(tǒng)。在可編程控制器的控制系統(tǒng)中，只需在可編程控制器中輸入相應的輸入和輸出信號線即可，不需要物理的電子設(shè)備，如繼電器和大量復雜的硬件電路。當控制要求改變時，需要改變控制系統(tǒng)的功能，可以隨時進行程序的修改與外部電路的簡單調(diào)整，布線量小。同一PLC控制器可以控制不同對象，只是程序與外部電路不同而已15。編程方便：PLC是直接面向用戶的設(shè)備，設(shè)計之初充分考慮了工程技術(shù)人員或?qū)W習人員的特性，PLC編程，采用通俗簡單的梯形圖或者簡單

18、指令形式，這使得初學者能夠很快融入其中，梯形圖簡單易懂，且能非常形象的描述出繼電器工作原理，標注明確，在后期程序調(diào)試階段也能夠容易的找出錯誤處。而且不需要專門的計算機知識和語言，深受現(xiàn)場電氣技術(shù)人員的歡迎16。PLC系統(tǒng)設(shè)計、安裝、調(diào)試方便：PLC集繼電器系統(tǒng)中的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等原件，數(shù)量巨大，硬件齊全。采用模塊化結(jié)構(gòu)，可以按照所需系統(tǒng)的性能、輸入輸出店、內(nèi)存進行組裝，根據(jù)不同情況組裝出最適合的硬件，大大降低了成本。又用采用軟件編程的方式取代了時間繼電器，中間繼電器等外部設(shè)備17。設(shè)計人員只需要一臺PLC就可在實驗室進行所需控制系統(tǒng)的的模擬，并可隨時調(diào)試，而傳統(tǒng)的繼電觸控系統(tǒng)則

19、需要現(xiàn)場接線進行模擬查看效果，需要更改的話更加麻煩，工作量大且所需人員較多。2.1.4 PLC與編程方式選擇PLC選擇：本次課程設(shè)計我采用了西門子PLC，西門子PLC最為主流PLC之一，相比較于其他PLC有著無可替代的優(yōu)勢。首先，西門子PLC編程入手簡單易懂，梯形圖層次明顯，能夠非常直觀的看出程序的功能。其次，西門子PLC在中國市場占有率非常大，本次畢業(yè)設(shè)計用到的功能模塊較少，S7-200屬于低端的西門子PLC系列產(chǎn)品，但足以滿足本次畢業(yè)設(shè)計的要求。且S7-200型號PLC較為便宜，不僅滿足了畢業(yè)設(shè)計要求，也節(jié)約了資源。綜上所述，本次畢業(yè)設(shè)計選擇西門子S7-200的PLC。編程方式選擇：西門子

20、PLC主流編程方式有梯形圖和功能指令兩種，本次畢業(yè)課程設(shè)計采用梯形圖進行編程，功能指令較為抽象，而梯形圖具有簡單易懂的優(yōu)點。梯形圖還具有以下幾個重要特點： （1）PLC梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器等，但是它們不是真實的物理繼電器(即硬件繼電器)，而是在軟件中使用的編程元件18。 （2）根據(jù)梯形圖中各觸點的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，求出與圖中各線圈對應的編程元件的ON/OFF狀態(tài)，稱為梯形圖的邏輯解算。邏輯解算是按梯形圖中從上到下、從左至右的順序進行的。解算的結(jié)果，馬上可以被后面的邏輯解算所利用。邏輯解算是根據(jù)輸入映像寄存器中的值，而不是根據(jù)解算瞬時

21、外部輸入觸點的狀態(tài)來進行的19。 （3）梯形圖中各編程元件的常開觸點和常閉觸點均可以無限多次地使用20。 （4）輸入繼電器的狀態(tài)唯一地取決于對應的外部輸入電路的通斷狀態(tài)，因此在梯形圖中不能出現(xiàn)輸入繼電器的線圈21。2.2 組態(tài)王簡介定義：組態(tài)王開發(fā)軟件，是新型的工業(yè)，它以標準的軟、硬件平臺構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)。組態(tài)王Kingview6.55：組態(tài)王kingview6.55是亞控科技根據(jù)當前的自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢，面向低端自動化市場及應用，以實現(xiàn)企業(yè)一體化為目標開發(fā)的一套產(chǎn)品。該產(chǎn)品以搭建戰(zhàn)略性工業(yè)應用服務平臺為目標，集成了對亞控科技自主研發(fā)的工業(yè)實時數(shù)據(jù)庫的支持，可以為企業(yè)提供一

22、個對整個生產(chǎn)流程進行數(shù)據(jù)匯總、分析及管理的有效平臺，使企業(yè)能夠及時有效地獲取信息，及時地做出反應，以獲得最優(yōu)化的結(jié)果。組態(tài)王保持了其早期版本功能強大、運行穩(wěn)定且使用方便的特點，并根據(jù)國內(nèi)眾多用戶的反饋及意見，對一些功能進行了完善和擴充。組態(tài)王kingview6.55提供了豐富的、簡捷易用的配置界面，提供了大量的圖形元素和圖庫精靈，同時也為用戶創(chuàng)建圖庫精靈提供了簡單易用的接口；該款產(chǎn)品的歷史曲線、報表及web發(fā)布功能進行了大幅提升與改進，軟件的功能性和可用性有了很大的提高。本次畢業(yè)課程設(shè)計中，采用組態(tài)王進行實驗結(jié)果的仿真。2.3 PLC八人搶答器本畢業(yè)設(shè)計介紹了一種數(shù)字式搶答器，能夠容納8名選手

23、或者8組人員和一名主持人?？傮w設(shè)計采用西門子PLC進行控制，搶答操作簡單方便，在很多的場所都可以使用，并且給人的視覺聽覺效果非常好。搶答器，顧名思義就是用于比賽時，與對手比反應時間，思維運轉(zhuǎn)快慢的新型電器。隨著社會科學技術(shù)的不斷發(fā)展，它的應用場合也隨之增加；技術(shù)含量大大提升；更加方便可靠22。目前, 形式多樣、功能完備的搶答器已廣泛應用于電視臺、商業(yè)機構(gòu)、學校及企事業(yè)單位, 它為各種競賽增添了刺激性、娛樂性, 在一定程度上豐富了人們的業(yè)余生活。用 PLC 進行知識競賽搶答器設(shè)計，其控制方便，靈活，只要改變輸入 PLC 的控制程序，便可改變競賽搶答器的搶答方案。八人搶答器工作原理：本次畢業(yè)設(shè)計所

24、設(shè)計的 PLC智能搶答器是適合八組選手或個人搶答的搶答器。主持人控制臺有兩個按鍵。一個用于控制搶答開始的開始按鍵，一個用于復位電路的復位按鍵，每當主持人發(fā)出開始搶答指令并按下開始按鈕后，指示綠燈亮，選手方可搶答，哪組選手最先按下?lián)尨鹌靼粹o，則數(shù)碼管就顯示該組的編號，音響電路發(fā)出聲響提示信號以指示搶答成功，并對其后的搶答信號封鎖而不在響應，選手答題完畢后，由主持人按下復位按鈕，系統(tǒng)開始下一輪搶答。若選手在主持人未按下開始搶答按鈕時提前搶答了，則視為違規(guī)，違規(guī)時數(shù)碼管顯示其編號，音響電路也發(fā)出聲響，同時違規(guī)指示燈紅燈亮。當主持人按下?lián)尨痖_始按鈕時定時器 T1 開始計時（設(shè)定 10 秒），10秒倒計

25、時完畢仍無人搶答則音響電路發(fā)出聲響，以表示選手放棄該題。在搶答成功后，系統(tǒng)自動倒計時，同時數(shù)碼管顯示答題倒計時時間，該時間可根據(jù)需要調(diào)節(jié)，此設(shè)定為 30 秒，選手必須在設(shè)定時間內(nèi)完成答題，否則，音響電路發(fā)出超時報警信號。其中以上功能都通過編制的 PLC 程序來控制4個數(shù)碼管以及3個揚聲器和兩個指示燈來實現(xiàn)。3 系統(tǒng)設(shè)計3.1 硬件設(shè)計3.1.1 元件介紹七段數(shù)碼管：如圖3.1中七段數(shù)碼管a,b,c,d,e,f,g分別為七個單獨顯示燈，通過控制各個顯示燈的亮滅從而可以控制顯示的數(shù)字。本次畢業(yè)設(shè)計采用共陰極七段數(shù)碼管進行相關(guān)數(shù)據(jù)的顯示。硬件中用到4個數(shù)碼管，分別用來顯示搶答選手編號、搶答計時和答題

26、計時。圖3.1 七段數(shù)碼管按鍵開關(guān)：如圖3.2為按鍵開關(guān)，一端連接電源正極，另一端連接PLC端口。通過按下和松開可控制PLC端口得電或者失電，并將此作為輸入信號，PLC的CPU檢測這些信號處理后在輸出端口輸出對應值，從而完成控制。圖3.2 按鍵開關(guān)指示燈：如圖3.3為指示燈，指示燈正極一端接PLC輸出端口，另一端接地，當對應輸出端口輸出高電平時，燈亮，反正燈保持不亮狀態(tài)。本畢業(yè)設(shè)計有兩個指示燈，主持人按下開始搶答按鍵后，綠燈亮，用于提示搶答開始；紅燈則用于提示是否有選手違規(guī)搶答。圖3.3 指示燈蜂鳴器：如圖3.4為蜂鳴器。蜂鳴器接在輸出端口，輸出端口高電平，蜂鳴器響；低電平，蜂鳴器不響。本畢業(yè)

27、設(shè)計有三個蜂鳴器，分別用于提示搶答成功，無人搶答與答題超時。圖3.4 蜂鳴器3.1.2 I/O口分配輸入端口：如表3.1所示表3.1 輸出端口與功能輸入端口功能I0.0主持人開始按鍵I1.1主持人復位按鍵I0.1選手1 搶答按鍵I0.2選手2 搶答按鍵I0.3選手3 搶答按鍵I0.4選手4 搶答按鍵I0.5選手5 搶答按鍵I0.6選手6 搶答按鍵I0.7選手7 搶答按鍵I1.0選手8 搶答按鍵輸出端口： （1）選手編號：選手做出搶答后，數(shù)碼管1顯示選手編號，數(shù)碼管1與PLC連接端口如表3.1所示。表3.1 搶答選手編號顯示搶答器選手編號顯示輸出端口功能Q0.0數(shù)碼管1 aQ0.1數(shù)碼管1 bQ

28、0.2數(shù)碼管1 cQ0.3數(shù)碼管1 dQ0.4數(shù)碼管1 eQ0.5數(shù)碼管1 fQ0.6數(shù)碼管1 g （2）搶答倒計時：主持人按下開始搶答按鍵后，開始10秒的倒計時，由數(shù)碼管4顯示，數(shù)碼管4與PLC連接端口如表3.2所示。表3.2 搶答倒計時搶答倒計時輸出端口功能Q3.4數(shù)碼管4 aQ3.5數(shù)碼管4 bQ3.6數(shù)碼管4 cQ3.7數(shù)碼管4 dQ4.0數(shù)碼管4 eQ4.1數(shù)碼管4 fQ4.2數(shù)碼管4 g （3）答題倒計時：選手正常搶答成功后，觸發(fā)答題倒計時電路，開始30秒倒計時，數(shù)碼管3顯示時間個位，數(shù)碼管2顯示時間十位，兩個數(shù)碼管共同作用完成30秒的倒計時。數(shù)碼管2和數(shù)碼管3與PLC連接端口如表

29、3.3所示。表3.3 答題倒計時答題倒計時個位顯示輸入端口功能Q1.4數(shù)碼管3 aQ1.5數(shù)碼管3 bQ1.6數(shù)碼管3 cQ1.7數(shù)碼管3 dQ2.0數(shù)碼管3 eQ2.1數(shù)碼管3 fQ2.2數(shù)碼管3 g答題倒計時十位顯示Q2.4數(shù)碼管2 aQ2.5數(shù)碼管2 bQ2.6數(shù)碼管2 cQ2.7數(shù)碼管2 dQ3.0數(shù)碼管2 eQ3.1數(shù)碼管2 fQ3.2數(shù)碼管2 g （4）其他控制項：如表3.4所示，顯示燈和蜂鳴器與PLC輸出端口的連接。表3.4 其他控制項其他控制項輸出端口功能Q0.7開始綠燈Q1.2違規(guī)搶答紅燈Q1.0搶答成功蜂鳴器Q1.1無人搶答蜂鳴器Q1.3答題超時蜂鳴器3.1.3 硬件電路圖

30、設(shè)計圖3.5通過proteus畫出元件圖，結(jié)構(gòu)清晰，本畢業(yè)設(shè)計采用的元器件有按鍵開關(guān)，指示燈（紅色和綠色），蜂鳴器和共陰極七段數(shù)碼管。圖3.5 搶答器接線圖3.2 軟件設(shè)計3.2.1 流程設(shè)計正常答題：主持人按下開始按鍵后，數(shù)碼管顯示搶答倒計時，選手開始搶答，哪一組最先按下強大按鈕由該組回答問題，數(shù)碼管顯示該組編號，同時蜂鳴器響2S，代表搶答成功。并且進行互鎖，及其他選手在此之后按下?lián)尨疰I搶答器不會進行響應，當選手回答完畢，主持人按下復位按鈕開始下一輪搶答。違規(guī)搶答：違規(guī)答題及選手在主持人未按下開始鍵前（綠燈未亮之前）按下?lián)尨鸢粹o，視為違規(guī)搶答。違規(guī)搶答操作將出發(fā)報警電路，代表違規(guī)搶答的紅燈亮

31、2S并在數(shù)碼管上顯示出違規(guī)搶答的選手編號。無人搶答：無人搶答及主持人按下開始按鈕后，定時器計時（10S），數(shù)碼管4顯示剩余時間，計時時間內(nèi)無人做出搶答動作則視為無人搶答，電路觸發(fā)報警，蜂鳴器響2S。搶答成功計時：主持人按下開始鍵并有人做出搶答動作，定時器開始計時（30S），數(shù)碼管限時倒計時，選手必須在此時間內(nèi)答題。若未在此時間內(nèi)答題，則出發(fā)答題超時報警，蜂鳴器響2S。圖3.6為總流程圖。開始結(jié)束Y報警紅燈亮2S答題超時蜂鳴器響2S復位N無人搶答蜂鳴器響2SN YNY答題是否超時數(shù)碼管顯示選手位，并開始30S倒計時是否有人搶答按下開始，倒計時10S是否違規(guī)搶答開始下一輪 圖3.6 流程圖3.2.

32、2 程序設(shè)計搶答開始部分程序：圖3.7中，主持人按下開始答題按鈕I0.0，觸發(fā)開始答題提示綠燈Q0.7和搶答計時器T37，開始10S（根據(jù)實際情況可以進行修改）的計時，此時選手可以進行搶答，M0.1-M1.0為選手搶答鍵按下后提供的電平。任意一人搶答成功則中斷T37的計時。在T37時間內(nèi)若無人按下?lián)尨疰I，則視為無人搶答，觸發(fā)時長為T40（2S）的報警，蜂鳴器響2S。表示此題作廢，主持人按下復位，開始下一輪答題。圖3.7 搶答開始程序選手搶答程序：圖3.8中I0.1、I0.2、I0.3、I0.4、I0.5、I0.6、I0.7、I1.0分別為一號選手到八號選手的搶答按鍵，M0.1、M0.2、M0.

33、3、M0.4、M0.5、M0.6、M0.7、M1.0為選手搶答后的電平反應，按下為高電平，程序通過各個搶答鍵中加入其他搶答的電平反應從而實現(xiàn)互鎖，當一個人搶答成功后可以使其他人的搶答鍵失效從而防止了多人搶答無法識別與混亂。程序也通過自鎖，可以在搶答后保持該鍵位輸出高電平直到主持人按下復位。（圖3.8僅為部分程序，詳情請查閱附錄）圖3.8 選手搶答違規(guī)搶答：圖中I0.1-I0.7代表一號選手到七號選手的搶答按鈕，I1.0代表八號選手的強大按鈕，在主持人沒有按下開始按鈕之前，及響應開始按鈕的綠燈Q0.7未亮之前，選手按下了搶答鍵，觸發(fā)違規(guī)報警，違規(guī)紅燈Q1.2亮，Q1.2進行自鎖，主持人按下復位鍵

34、后恢復。圖3.9 違規(guī)搶答計時程序：（1）搶答計時：圖3.10中中M3.0-M4.1分別為數(shù)碼管顯示9-0的電平信號，主持人按下開始按鈕I0.0后，計時器T55開始1秒的計時，同時M3.0通電1秒，及數(shù)碼管顯示9；T55計時完成后，觸發(fā)T56開始1秒的計時，控制M3.0通電1秒，及數(shù)碼管顯示8；以此類推。M0.1-M1.0為選手搶答的電平信號，若計時時間內(nèi)有人按下?lián)尨鸢粹o，則計時電路斷電。圖3.10 搶答計時答題計時： （1）個位顯示：如圖3.11所示T41為數(shù)碼管顯示“0”的時間；T42=1s為數(shù)碼管顯示“9”的時間，M12為數(shù)碼管顯示“9”的狀態(tài)；T43=1s為數(shù)碼管顯示“8”的時間，M1

35、.3為數(shù)碼管顯示“8”的狀態(tài)；以此類推，T44 - T50為數(shù)碼管顯示7 - 1的時間，為1秒，M1.4-M2.2為數(shù)碼管顯示 7 - 1的狀態(tài)。（圖中僅為部分程序，詳情請查閱附錄） （2）十位顯示：圖3.12中M2.3為控制數(shù)碼管顯示“3”的電平輸出；M2.4為控制數(shù)碼管顯示“2”的電平輸出；M2.5為控制數(shù)碼管顯示“1”的電平輸出；M2.6為控制數(shù)碼管顯示“0”的電平輸出。通過T51、T52、T153、T54計時器分別控制3、2、1、0的顯示時間來實現(xiàn)30S的倒計時，任何一個選手搶答成功后，觸發(fā)T51的1秒計時，從而使M2.3通電1秒，及十位上的“3”顯示1秒 ；T51計時完畢后，觸發(fā)T5

36、2開始10秒的計時，從而使M2.4通電10秒，及十位“2”顯示10秒，以此類推，即可完成數(shù)碼管2顯示3、2、1、0的顯示。圖3.11 答題倒計時個位顯示圖3.12 答題倒計時十位顯示3.3 實驗結(jié)果與分析搶答開始：如圖3.13所示，按下開始按鈕后，搶答倒計時程序啟動，開始10秒的倒計時，這時選手一至選手八可以通過按下?lián)尨鸢粹o進行搶答。無論哪一號選手搶答成功，搶答倒計時程序復位。圖3.13 搶答開始違規(guī)搶答：如圖3.14所示，主持人按下開始按鍵之前，選手作出了搶答動作，觸發(fā)違規(guī)搶答電路，違規(guī)紅燈亮。圖3.14 違規(guī)搶答搶答成功：如圖3.15所示，主持人按下開始按鈕后，選手做出搶答動作，成功搶答，

37、觸發(fā)搶答成功電路，搶答成功燈亮，于此同時顯示選手位數(shù)碼管工作，顯示出搶答成功的選手號碼。答題倒計時也工作，開始30秒的倒計時。圖3.15 搶答成功無人搶答：在按下開始按鍵后，開始10秒的倒計時，若在10秒內(nèi)無人做出搶答動作，則視為所有人放棄此輪答題，蜂鳴器工作，提示主持人無人搶答。如圖3.16所示。圖3.16 無人搶答答題超時：在圖3.12 搶答成功圖中可以看出，搶答成功后會有30秒的答題計時時間，當30秒倒計時結(jié)束，且主持人為按下復位，則觸發(fā)答題超時報警，蜂鳴器工作，如圖3.17。圖3.17 答題超時4 總結(jié)與展望4.1 總結(jié)經(jīng)過幾個月的努力，在同學與老師的幫助下完成了基于PLC的八人搶答器

38、的設(shè)計。本次畢業(yè)設(shè)計中，程序部分采用西門子PLC對搶答器的主體功能和附加功能進行設(shè)計，雖然設(shè)計為八人搶答器，但也適用于八人以下，若需要適用于更多人，則需要擴展端口并修改程序。我通過查閱資料，并參照設(shè)計要求進行擴展，實現(xiàn)了搶答器的搶答功能、報警功能、指示燈、選手位顯示、搶答計時、答題計時。并運用組態(tài)王6.55進行設(shè)計的仿真。在課程設(shè)計的過程中，我通過設(shè)計硬件電路、設(shè)計軟件流程、根據(jù)流程設(shè)計程序、修改程序、設(shè)計仿真完成了本次課程設(shè)計。實踐出真知，在畢業(yè)設(shè)計過程中，我遇到了各種各樣的問題：軟件安裝問題，程序邏輯問題，軟件使用問題等。這些問題我通過查閱網(wǎng)絡(luò)上的資料或請教同學老師，不僅使問題得以解決，還

39、收獲了許多新奇的思路。通過自己解決問題，提高了自己獨立思考能力，設(shè)計能力和動手能力。4.2 展望基于PLC的八人搶答器的設(shè)計囊括了很多方面的理論、方法和技術(shù)，本設(shè)計還有許多可以進行提升的地方，需要在實際應用中不斷積累和完善。本次畢業(yè)課程設(shè)計采用的PLC為西門子S7-200系列。S7-200 PLC是超小型化的PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動檢測、監(jiān)測及控制等。S7-200 PLC的強大功能使其無論單機運行，或連成網(wǎng)絡(luò)都能實現(xiàn)復雜的控制功能。但在面對更加復雜的要求時，就需要添加更多的一些擴展功能，與S7-200 PLC比較，S7-1200 PLC比S7-200 PLC更緊湊，支持的點數(shù)更多、功能更全面、可擴展性強、靈活度高的設(shè)計，可實現(xiàn)最高標準工業(yè)通信的通信接口以及一整套強大的集成技術(shù)功能，使該控制器成為完整、全面的自動化解決方案的重要組成部分。在電子微機技術(shù)方面，國內(nèi)外領(lǐng)域發(fā)展迅速，對與各個業(yè)務系統(tǒng)的對接也提出了新的要求，這就需要我們不停地去探索新的需求，發(fā)展新的技術(shù)，使得系統(tǒng)對接更加完善，集成度更加深