基于PLC的多路抢答器控制系统设计.doc

湖州师范学院求真学院毕业设计（论文）2010届题目基于PLC的多路抢答器控制系统设计专业电子信息科学与技术学生姓名杨昕燕学号06083416指导教师蒋永峰论文字数14599完成日期2010年5月5日湖州师范学院求真学院教务部印制基于PLC的多路抢答器控制系统设计摘要：本次设计利用三菱FX2N系列PLC作为核心部件，完成一个八路抢答器控制系统的制作。该系统可供八个或八组分台选手同时抢答，总台掌握着启动/停止开关、抢答开始按钮、抢答复位按钮、主持人安静提示按钮和手动设置个分台计分按钮等，分台则具有一个抢答按钮。该系统由七段数码管显示倒计时、分台号、选手计分和当前时间、温度情况，并作为被控设备由PLC驱动。因为系统中有很多七段数码管，所以我运用了动态扫描的方法来减少端口数。有一个蜂鸣器提示抢答开始、抢答复位、回答超时、抢答违规、无人抢答和安静提示。有17个发光二极管，总台一个用来显示无人抢答和回答超时，每分台两个用来显示抢答成功和抢答违规。本次设计中，硬件电路设计使用AUTOCAD软件；使用GXDeveloper软件编写程序；利用GXSimulator仿真软件对八路抢答器进行各部分模块仿真，观察结果。关键词：八路抢答器，系统，动态扫描PLC-basedmulti-ResponderControlSystemDesignAbstract：ThedesignoftheuseofMitsubishiFX2NSeriesPLCasacorecomponentofthisdesigntocompleteaneight-waycontrolsystemfortheproduction.ThesystemcomponentsforeightoreightplayersineachgrouptoansweratthesametimeTotalstationholdsthestart/stopswitch,toanswerinthestartbutton,resetbuttontoanswerinthehostpromptsquietbuttonsandmanuallysetthescoringbuttonsub-stationandsoon.Sub-stationwillhaveananswerinthebutton.Thesystemconsistsofseven-segmentLEDdisplaycountdown,sub-stationnumber,playerpointsandthecurrenttime,temperatureconditions,andaschargedbythePLC-drivendevice.Becausethesystemhasalotofseven-segmentdigitaltube,soIusedthedynamicscanningmethodtoreducethenumberofports.Thereisabuzzerprompttoanswerinthebeginning,toanswerinreset,theanswerovertime,toanswerinnon-compliance,nooneanswerinhisplaceandquietTips.Thereare17light-emittingdiodes.withatotalstation1isusedtodisplayandanswernoonetoanswerinovertime,eachsub-unitsusedtodisplaytheanswerinhistwosuccessfulandtoanswerinnon-compliance.Thedesign,thehardwarecircuitdesignusingAUTOCADsoftware；useGXDevelopersoftwareprogramming；theuseofsimulationsoftwareGXSimulatoroctalrespondersimulationofvariouspartsofthemodule,observetheresults.Keywords：octalresponder,system,dynamicscan目录前言.1第一章绪论.21.1课题研究的目的和意义.21.2PLC及抢答器的发展概况.21.3课题的主要内容.2第二章多路抢答器的实现工具.42.1PLC的功能特点.42.2PLC系统的基本结构.42.3PLC的编程语言.42.4本章小结.5第三章系统硬件设计.63.1PLC硬件的选择.63.2硬件总体结构框图及分析.73.3基于PLC的抢答器I/O总接线图及分析.93.3.1基于PLC的抢答器编程元件地址分配表.93.3.2PLC输入/输出总接线图.93.4抢答硬件部分的设计及分析.113.5抢答计分硬件部分的设计及分析.113.6抢答倒计时硬件部分的设计及分析.123.7蜂鸣器功能硬件部分的设计及分析.133.8时间显示硬件部分的设计及分析.143.9温度显示硬件部分的设计及分析.143.10本章小结.15第四章软件系统设计.164.1.抢答主程序设计流程图及其程序.164.2抢答计分程序设计流程图及其程序.184.3抢答倒计时程序设计的流程图及其程序.224.4蜂鸣器程序设计的流程图及其程序.254.5时间显示程序设计的流程图及其程序分析.264.6温度显示程序设计及分析.284.6.1FX2N-4AD-PT温度传感器输入模块概述.284.6.2温度显示程序设计的流程图及其程序.294.7本章小结.31第五章软件调试.325.1系统软件仿真.325.1.1PLC仿真软件GXSimulator.325.1.2仿真结果.33参考文献.35致谢.36附录.37湖州师范学院求真学院本科毕业论文1前言抢答器作为一种电子产品，早已广泛应用于各种智力和知识竞赛等场合，但目前所使用的抢答器有的电路比较复杂不便于制作，可靠性低，实现起来很困难。随着电子技术的发展，应用系统向小型化、快速化、大容量，重量轻的方向发展。而PLC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，且以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和网络通信技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控制装置，是将计算机技术应用于工业控制领域的新产品。目前市场上已有很多类型的竞赛抢答器，但其中绝大多数是早期设计的，采用模拟电路、数字电路或者模数混合电路的产品。这些抢答器已相当成熟，但是随着功能增多，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功能的升级换代。随着我国经济和文化事业的发展，在很多公开竞争场合要求有快速公正的竞争裁决，例如证券、股票交易及各种智力竞赛等。由于PLC具有的优点及特点，使得我们编程灵活，系统安装和维修简单,且在抢答器的制作时能够更加方便和精准，使竞赛真正达到公平、公正、公开。同时，随着时代的不断发展进步，抢答器不断的在知识性、娱乐性和趣味性的比赛中出现，丰富了人们的生活文化和娱乐活动。本次设计我选用了最具特色和极有代表性的三菱FX2N系列PLC对八路抢答器进行编程设计和实物控制。在设计中使用AUTOCAD软件完成整体框架和各部分硬件设计；然后，使用GXDeveloper软件进行各部分程序编程，理清楚设计思路，利用GXSimulator仿真软件对八路抢答器进行各部分模块仿真。湖州师范学院求真学院本科毕业论文2第一章绪论1.1课题研究的目的和意义抢答器已经越来越多的出现在我们的学习生活和电视节目当中，例如在学校里经常会举办各种各样的智力竞赛，就会用到抢答器。抢答器是能够在任何比赛及竞争性的游戏中体现公平、公正的电子装备。在各项比赛中不仅可以准确、公正和直接地判断出第一个抢答者是谁，还有助于锻炼参赛者的掌握知识能力、思维反应能力、语言表述能力、心理承受能力。但如果在比赛过程中，做不到严格意义上的公正，会挫伤选手的积极性，达不到比赛的真正目的。随着电子技术的迅速发展，通过人为判断抢答顺序这种古老的方法早已被现先进的电子产品所取代。现在的电子抢答器虽然制作方法不同，但基本设计实现的功能都大同小异，无外乎需要设计一个竞赛抢答器，要求具有任意路抢答输入，能够识别最先抢答的信号，显示该分台号；对回答问题所用的时间进行计时、显示、超时报警；可以预置回答问题的时间；同时具有复位功能，倒计时启动功能等等的主要实现功能。1.2PLC及抢答器的发展概况经过几十年的迅速发展，PLC的功能越来越强大，应用范围也越来越广泛,其足迹已遍及国民经济的各个领域,形成了能够满足各种将需要的PLC应用系统。随着市场需求的不断提高，PLC的发展体现出以下趋势。11.向小型化、微型化和大型化、多功能两个方向发展；2.过程控制功能不断增强；3.大力开发智能型I/O模块；4.与个人计算机日益紧密结合；5.编程语言趋向标准化；6.通信与联网能力不断增强。1近年来随着科技的飞速发展，PLC的应用正在不断地走向深入，同时带动传统的控制检测技术不断更新。PLC是采用大规模集成电路、微型计算机技术的发展成果，逐步形成具有多种优点和微型、小型、中型、大型、超大型等各种规格的PLC系列产品，应用于从继电器控制系统到监控计算机之间的许多控制领域，它最适用于以开关为主的控制功能。通过模拟/数字（A/D）转换器和数字/模拟（D/A）转换器，也可以控制模拟量，例如控制温度、压力、流量、成分等参数。16基于PLC的多路抢答器控制系统，可以根据PLC修改程序方便这一特点，随意调整设置的时间或者控制系统的工作状态。如果对外部电路稍加修改，或者在系统程序中加入分支，可以把八路抢答器变为更多路的抢答器，比如十位、十六位或者二十位等。如果将手动按钮变为触摸屏，可以使抢答器更为简单方便。如果去除系统中的限时功能，还可以把抢答器改为呼叫器，能够在医院病房、宾馆客房、写字楼办公室、工厂生产车间等多种地方使用。1.3课题的主要内容1.抢答器同时提供8名选手进行比赛，每组设置一个抢答按钮供抢答者使用。2.总台设置启动/停止开关、开启时间开关、开启温度开关、开始抢答按钮、抢答复位按钮、安静提示钮、手动设置各分台计分钮，这些都由主持人控制。3.当主持人拨开时间开关或者温度开关时，总台上就会显示当前的时间或温度。4.具有定时抢答功能，且抢答的时间设定为5秒。当主持人启动开始抢答按钮后，定时器进行减计，同时蜂鸣器发出短暂的声响，声响持续的时间2秒左右。湖州师范学院求真学院本科毕业论文35.参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答成功，该组的抢答成功灯亮，同时定时器立即重新开始计数（设定时间为10秒）。6.主持人按下开始抢答按钮前，各分台抢答按钮应处于抢答违规状态，此时如按抢答按钮，会出现蜂鸣器报警（2秒），该组的抢答违规灯亮的情况。7如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，蜂鸣器响（2秒）同时无人抢答/回答超时灯亮，并禁止抢答，定时显示器上显示00。8.如果选手抢答成功，却没有在规定的时间内回答出问题，则蜂鸣器响（2秒）同时无人抢答/回答超时灯亮，定时显示器上显示00。9.选手在规定的时间内回答出了问题，主持人则根据选手回答是否正确和题目的难易度给出加/减分（1分或5分）。10.当主持人按下复位键时，各分台抢答灯（抢答成功和违规灯）均灭，总台上的无人抢答/回答超时灯灭,同时蜂鸣器响（2秒）。11.当比赛中周围的声音过大，影响选手回答时，主持人可按下安静提示钮，蜂鸣器响（2秒），以此来提醒全场。