毕业设计（论文）-基于PLC控制的八路知识抢答器设计.doc

毕业论文（设计）题目：知识竞赛抢答器设计姓名 ****学号指导教师（签名）2011年 月 日目录 1摘要 2第1章绪论 31. 1课题研究背景 31.2课题研究内容 3第2章可编程控制器概述 42. 1 PLC的简介 42.2用单片机和PLC分别做系统的比较 5第3章抢答器功能设计要求 6第4章硬件设计 74. 1控制器 74. 2数码管设计 74.3系统结构 84.4 I/O 分配 84.5硬件控制接线图 9第5章软件设计 105.1抢答器开始程序 105.2选手选择抢答程序 105.3抢答器部分控制程序 125.4数码管显示程序 135.5抢答器控制梯形图 135.6程序的下载、安装和调试 13总结 14致谢 15参考文献 16附录 17学校、工厂、军队、电视台等越来越多的单位里在开展活动时注重知识的竞 赛，抢答器成了不可少的工具目前市场上存在多种类型的抢答器，很多都是早 期设计的，主要是采用模拟电路、数字电路或者模数混合电路的产品随着市场 对功能需求的增加，以单片机、CPLD、FPGA、PLC等为核心的抢答器开始投入研 究和进入市场以往基于PLC设计的抢答器功能比较简单，对选手犯规的可能性 研究不深入，也没有考虑答题时间的限制。

本设计总结实际比赛的经验，对选手 犯规的可能性进行了全面的考虑，并增加答题倒计时功能本设计以PLC为控制 核心，利用PLC输入信号电压为24V,克服了以往抢答器信号衰减的缺点；并通 过信号比较实验证明该设计具有良好的稳定性和广泛的应用性，保证了竞赛的公 正、公平、公开关键词：PLC；八路知识竞赛抢答器；数码倒计时显示；I/O分配第1章绪论1.1课题研究背景目前市场上存在多种类型的抢答器，很多都是早期设计的，主要是采用模拟 电路、数字电路或者模数混合电路的产品随着市场对功能需求的增加，以单片 机、CPLD、FPGA、PLC等为核心的抢答器开始投入研究和进入市场通过比较儿 种抢答器，发现由于单片机、CPLD器件工作电压为5V,信号经过长距离的传输 衰减比较严重，导致不能准确判断选手号码的缺点本设计以PLC为控制核心， 利用PLC输入信号电压为24V,克服了以往抢答器信号衰减的缺点；并通过信号 比较实验证明该设计具有良好的稳定性和广泛的应用性，保证了竞赛的公正、公 平、公开本设计总结实际比赛的经验，对选手犯规的可能性进行了全面的考虑, 并增加答题倒计时功能1.2课题研究内容系统设计主要包括硬件和软件两大部分，依据控制系统的工作原理和技术性 能，将硬件和软件分开设计。

硬件设计部分包括硬件设备的选择、合理选择元器 件、绘制线路图，然后对硬件进行调试、测试，以达到设计要求软件设计部分, 首先在总体设计中完成系统总框图和各模块的功能设计，拟定详细的工作计划； 然后进行具体设计，包括各模块的流程图，选择合适的编程语言和工具，进行代 码设计等；最后是对软件进行调试、测试，达到所需功能要求硬件电路是采用结构化系统设计方法，该方法保证设计电路的标准化、模块 化硬件电路的设计最重要的选择可编程的PLC,并确定与之配套的外围芯片 硬件电路设计还包括输入输出接口设计，画出详细电路图，标出芯片的型号、器 件参数值，根据电路图在仿真机上进行调试，发现设计不当及时•修改，最终达到 设计目的软件设计方面本系统由于是采用三菱FX可控制编程此编程工具更 有可靠、可拓展、可维护性第2章 可编程控制器概述2.1 PLC的简介在工业生产过程中，具有大量的开关量顺序控制，要求按照避辑条件进行顺 序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集等 传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的o 1968年美国GM （通用 汽车）公司公开招标，提出研制能够取代继电器的控制装置的要求，第二年，美 国数字设备公司（DEC）研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采 用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称 Programmable Controller （PC）。

个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便, 也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller （PLC）,现在，仍常常将 PLC 简称 PCPLC的定义有许多种国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程控 制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计它采用可 编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算 术运算等操作的指令，并通过数字量、模拟量的输入和输出，控制各种类型的机 械或生产过程可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成 一个整体，易于扩充其功能的原则设计上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保 持为30.40%在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接□能 力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，而且在某些应用上 取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统现今，PLC已经具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能 力强、编程简单等特点在可预见的将来，PLC在工业自动化控制特别是顺序控 制中的主导地位，是其他控制技术无法取代的。

事实上，PLC就是以嵌入式CPU为核心，配以输入，输出等模块，可以方 便的用于工业控制领域的装置PLC与机器人，计算机帮助设计与制造一起作为 现代工业的三大支柱2.2用单片机和PLC分别做系统的比较单片机系统设计电路这种形式在80年代国内很流行，但由于受到本身可靠 性及其它方面的限制，IT前除了仪表上仍然采用外，在工业现场的应用已逐步被 PLC所代替根据国内现况单片机产品很难做到很好的一•致性和高可靠性，因为 任一元件的参数偏离设计要求都会引起系统的不稳定；单片机的可扩展性不高， 增加一个功能就要重新设计线路，而旦对•应的程序都要重新设计；单片机系统出 现故障，很难诊断出故障元件;现在国内单片机系统的操作均采用自设计的键盘, 人机对话不够友善对于单片机来说，PLC却有着这些方面的优势进口 PLC采用的CPU都是生产厂家专门设计的工业级专用处理器，其余各 元件也是直接向生产厂家购买的，经过严格挑选的工业级元件，另外它的电源模 块也是集各大公司工业控制的经验而特别设计的，抗干扰性特别是抗电源干扰能 力有很大提高，即使在电源很差和变频调速的干扰下仍能正常工作PLC的可靠 性高PLC要增加一个功能只要增加相应的模块和修正对应的程序，而PLC的 编程相对比较简单，这样对于开发周期会缩短。

PLC本身有很强的自诊断功能, 一旦系统出现故障，根据自诊断很容易诊断出故障元件，即使非专业人员也能维 修，如果故障由于程序设计不合理引起，由于它提供完善的调试工具，要找出故 障也较为简单PLC的操作采用触摸式操作终端，人机界面，全屏显示，上面设 计了很详尽的操作指南，即使第一次使用，也能根据提示顺利操作，这就降低了 对操作人员的要求，一般工人也能很快掌握另外，一旦系统发生故障，画面自 动切换到故障提示画面，提示故障原因和排除方法甚至可以显示故障在机器上 的位置，维修人员可以根据提示很快排除故障在可靠性、可扩展性、可维护性以及操作界面等各个方面都比单片机更有优 势虽然PLC较单片机来说，价格上控制器相比略贵，但PLC可靠性好，操作 简单，更适合用于本设计中第3章抢答器功能设计要求本设计总结实际比赛的经验，对选手犯规的可能性进行了全面的考虑，并增 加答题倒计时功能此设计总分正常答题、无人抢答以及犯规操作三方面的设计 要求，由总控制台控制八路抢答选手的各项操作具体说明如下：1、 正常答题当控制台按下开始开关SB1时，蜂鸣器响、红灯亮，在10s内抢答若10s内 抢答成功，显示抢答选手号码，并有绿灯显示抢答成功。

答题开始，总台按下倒 计时开关SB2,答题时间到，红灯亮进入下-•题，控制台按下复位按钮SBO,按 SB1开始抢答，如此循环2、 无人抢答控制台按下开始开关SB1,蜂鸣器发出声音和红光，若十秒内无人抢答，蜂 鸣器响、黄灯亮，表示无人抢答3、 犯规操作犯规一：若控制台未按下开关时，有选手抢答，选手抢答则犯规，红灯亮犯规二：抢答成功后，系统在10秒后自动复位，若有选手按下抢答按钮， 红灯亮，显示选手号码，蜂鸣器起动犯规三：若控制台按下开关后10s内无人抢答，则黄灯亮；若此时选手再按 开关则犯规，蜂鸣器起动4.1控制器本设计的控制器采用日本三菱公司生产PLC,选用FX2N-32MR （见图4-1）, 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 编程叫米用编程软件GX-Developer,简单易懂输入革子输出汀10状态指示灯三菱FX2N系列PLC的外形图4. 2数码管设计LED数码显示控制原理如图4-2所示，每-•个数码显示单元由八组发光二极 管组成，分别用图中A-H表示，要显示某一数字只要将相应组二极管点亮即可。

例如要显示数字“1”，只要将B、C两组发光二极管点亮即可由于本系统只要 显示数字而无需显示小数点所以只要将PLC输出端Y0-Y7接到数码管A-G即可 完成数码显示B C -0 * >00000>00000> 0 0 0 0 0 0■ oa co po 5 o 0 0 ; 0 0 UD00000 00000, f12345678PPPPPPPPSB1SB2SB3SB4音效电路对于抢答部分，UX0-X7六个输入按钮中的某一个按下之后，此处米用辅助 继电器M来记录抢答结果由于抢答是按钮为了信号长期有效，还需要将其自 锁，乂由于任何时•刻，只有一组抢答有效，所以各辅助继电器乂要进行互锁对 于数码显示部分，三菱PLC提供了 7段译码指令SEGD使得PLC处理数码显示 变为极为方便指示灯显示电路数码管显示电路4-3抢答器系统结构4.4 I/O分配PLC的I/O分配如下:PLC端子功能说明PLC端子功能说明X0抢答选手按钮PB1Y0数码管控制端了 AXI抢答选手按钮PB2Yl数码管控制端了BX2抢答选手按钮PB3Y2数码管控制端了CX3抢答选手按钮PB4Y3数码管控制端子DX4抢答选手按钮PB5Y4数码管控制端子EX5抢答选手按钮PB6Y5数码管控制端了FX6抢答选手按钮PB7Y6数码管控制端了GX7抢答选手按钮PB8YH绿灯XII主席台开始抢答按钮Y13黄灯X10主席台复位按钮Y16红灯X2130s倒计时按钮Y10、Yl2^ Y17音效电路主机 COMO、COMI、COM2、COM3、COM4 等接电源 GNDp Po-220Vo-X000X001X002X003X004X005X006X007X010X011COMLN三菱FX2N系列PLCY000Y001Y002Y003Y004Y005Y。