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1、毕业论文设计题目: 学问竞赛抢答器设计姓名 * 学号 * 指导老师签名 2021年 月 日目 录目 录1摘 要2第 1 章 绪论31.1 课题探讨背景31.2 课题探讨内容3第 2 章 可编程限制器概述42.1 PLC的简介42.2 用单片机和PLC分别做系统的比拟5第 3 章 抢答器功能设计要求6第 4 章 硬件设计74.1 限制器74.2 数码管设计74.3 系统构造84.4 I/O支配84.5 硬件限制接线图9第 5 章 软件设计105.1 抢答器开场程序105.2 选手选择抢答程序105.3 抢答器局部限制程序125.4 数码管显示程序135.5 抢答器限制梯形图135.6 程序的下载
2、, 安装和调试13总 结14致 谢15参考文献16附录17摘 要学校, 工厂, 军队, 电视台等越来越多的单位里在开展活动时留意学问的竞赛，抢答器成了不行少的工具。目前市场上存在多种类型的抢答器，许多都是早期设计的，主要是接受模拟电路, 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场投入探讨和进入市场。以往基于PLC 设计的抢答器功能比拟简洁，对选手犯规的可能性探讨不深化，也没有考虑答题时间的限制。本设计总坚固际竞赛的阅历，对选手犯规的可能性进展了全面的考虑，并增加答题倒计时功能。本设计以PLC 为限制核心，利用PLC
3、 输入信号电压为24V，克制了以往抢答器信号衰减的缺点；并通过信号比拟试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, 公允, 公开。关键词：PLC；八路学问竞赛抢答器；数码倒计时显示；I/O支配第 1 章 绪论1.1 课题探讨背景目前市场上存在多种类型的抢答器，许多都是早期设计的，主要是接受模拟电路, 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场投入探讨和进入市场。通过比拟几种抢答器，发觉由于单片机, CPLD 器件工作电压为5V，信号经过长距离的传输衰减比拟严峻，导致不能精确推断选手号码的缺点。本
4、设计以PLC 为限制核心，利用PLC 输入信号电压为24V，克制了以往抢答器信号衰减的缺点；并通过信号比拟试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, 公允, 公开。本设计总坚固际竞赛的阅历，对选手犯规的可能性进展了全面的考虑，并增加答题倒计时功能。1.2 课题探讨内容系统设计主要包括硬件和软件两大局部，依据限制系统的工作原理和技术性能，将硬件和软件分开设计。硬件设计局部包括硬件设备的选择, 合理选择元器件, 绘制线路图，然后对硬件进展调试, 测试，以到达设计要求。软件设计局部，首先在总体设计中完成系统总框图和各模块的功能设计，拟定详细的工作方案；然后进展详细设计，包括各模
5、块的流程图，选择适宜的编程语言和工具，进展代码设计等；最终是对软件进展调试, 测试，到达所需功能要求。硬件电路是接受构造化系统设计方法，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，并确定及之配套的外围芯片。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，依据电路图在仿真机上进展调试，发觉设计不当刚好修改，最终到达设计目的。软件设计方面本系统由于是接受三菱FX可限制编程。此编程工具更有牢靠, 可拓展, 可维护性。第 2 章 可编程限制器概述2.1 PLC的简介在工业生产过程中，具有大量的开关量依次限制，要求依据逻辑条件进展依次
6、动作，并依据逻辑关系进展连锁爱惜动作的限制，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限制系统来实现的。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限制装置的要求，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限制装置，首次接受程序化的手段应用于电气限制，这就是第一代可编程序限制器，称Programmable ControllerPC。个人计算机简称PC开展起来后，为了便利，也为了反映可编程限制器的功能特点，可编程序限制器定名为Programmable Logic ControllerPLC，现在，仍常常将PLC简称PC。PLC的定义有许多种
7、。国际电工委员会IEC对PLC的定义是：可编程限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。它接受可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算, 依次限制, 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，限制各种类型的机械或生产过程。可编程序限制器及其有关设备，都应按易于及工业限制系统形成一个整体，易于扩大其功能的原那么设计。上世纪80年头至90年头中期，是PLC开展最快的时期，年增长率始终保持为30-40%。在这时期，PLC在处理模拟量实力, 数字运算实力, 人机接口实力和网络实力得到大幅度提高，PLC慢慢进入过程限制领域，而且在某些应用上取代了
8、在过程限制领域处于统治地位的DCS系统。现今，PLC已经具有通用性强, 运用便利, 适应面广, 牢靠性高, 抗干扰实力强, 编程简洁等特点。在可预见的将来，PLC在工业自动化限制特别是依次限制中的主导地位，是其他限制技术无法取代的。事实上，PLC就是以嵌入式CPU为核心，配以输入，输出等模块，可以便利的用于工业限制领域的装置。PLC及机器人，计算机扶植设计及制造一起作为现代工业的三大支柱。 用单片机和PLC分别做系统的比拟单片机系统设计电路这种形式在 80年头国内很流行，但由于受到本身牢靠性及其它方面的限制，目前除了仪表上照旧接受外，在工业现场的应用已逐步被PLC所代替。依据国内现况单片机产品
9、很难做到很好的一样性和高牢靠性，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，而且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接受自设计的键盘，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接受的CPU都是生产厂家特地设计的工业级专用处理器，其余各元件也是干脆向生产厂家购置的，经过严格选择的工业级元件，另外它的电源模块也是集各大公司工业限制的阅历而特别设计的，抗干扰性特别是抗电源干扰实力有很大提高，即使在电源很差和变频调速的干扰下仍能正常工作。PLC的牢靠性高。PL
10、C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的编程相比照拟简洁，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，依据自诊断很简洁诊断出故障元件，即使非专业人员也能修理，假如故障由于程序设计不合理引起，由于它供应完善的调试工具，要找出故障也较为简洁。PLC的操作接受触摸式操作终端，人机界面，全屏显示，上面设计了很详尽的操作指南，即使第一次运用，也能依据提示顺当操作，这就降低了对操作人员的要求，一般工人也能很快驾驭。另外，一旦系统发生故障，画面自动切换到故障提示画面，提示故障缘由和解除方法。甚至可以显示故障在机器上的位置，修理人员可以依据提示很快解除故障。
11、在牢靠性, 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，价格上限制器相比略贵，但PLC牢靠性好，操作简洁，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坚固际竞赛的阅历，对选手犯规的可能性进展了全面的考虑，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，由总限制台限制八路抢答选手的各项操作。详细说明如下：1, 正常答题当限制台按下开场开关SB1时，蜂鸣器响, 红灯亮，在10s内抢答。假设10s内抢答成功，显示抢答选手号码，并有绿灯显示抢答成功。答题开场，总台按下倒计时开关SB2，答题时间到，红灯亮。进入下一
12、题，限制台按下复位按钮SB0，按SB1 开场抢答，如此循环。2, 无人抢答限制台按下开场开关SB1，蜂鸣器发出声音和红光，假设十秒内无人抢答，蜂鸣器响, 黄灯亮，表示无人抢答。3, 犯规操作犯规一：假设限制台未按下开关时，有选手抢答，选手抢答那么犯规，红灯亮。犯规二：抢答成功后，系统在10 秒后自动复位，假设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：假设限制台按下开关后10s内无人抢答，那么黄灯亮；假设此时选手再按开关那么犯规，蜂鸣器起动。第 4 章 硬件设计4.1 限制器本设计的限制器接受日本三菱公司生产PLC，选用FX2N-32MR见图4-1，FX2N系列是三菱PLCF
13、X家族中先进的系列。有高速处理及可扩展大量满足单个须要的特别功能模块，灵敏性和限制实力强，可扩展到256点。三菱PLC编程叫接受编程软件GX-Developer，简洁易懂。图4-1 三菱FX2N系列PLC的外形图4.2 数码管设计LED数码显示限制原理如图4-2所示，每一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。图4-2 LED数码显示原理图4.3 系统构造对于抢答局部，当X
14、0-X7六个输入按钮中的某一个按下之后，此处接受帮助继电器M来记录抢答结果。由于抢答是按钮为了信号长期有效，还须要将其自锁，又由于任何时刻，只有一组抢答有效，所以各帮助继电器又要进展互锁。对于数码显示局部，三菱PLC供应了7段译码指令SEGD使得PLC处理数码显示变为极为便利。图4-3 抢答器系统构造4.4 I/O支配PLC的I/O支配如下：PLC端子功能说明PLC端子功能说明X0抢答选手按钮PB1Y0数码管限制端子AX1抢答选手按钮PB2Y1数码管限制端子BX2抢答选手按钮PB3Y2数码管限制端子CX3抢答选手按钮PB4Y3数码管限制端子DX4抢答选手按钮PB5Y4数码管限制端子EX5抢答选
15、手按钮PB6Y5数码管限制端子FX6抢答选手按钮PB7Y6数码管限制端子GX7抢答选手按钮PB8Y11绿灯X11主席台开场抢答按钮Y13黄灯X10主席台复位按钮Y16红灯X2130s倒计时按钮Y10, Y12, Y17音效电路主机COM0, COM1, COM2, COM3, COM4等接电源GND 硬件限制接线图图4-4 抢答器硬件限制连线图第 5 章 软件设计 抢答器开场程序主持人提出问题后，按下开场开关SB1，蜂鸣器发出声音和红光，在十秒内抢答，该设计可以在抢到5s后实现自动复位。图5-1 为抢答开场程序图。当主控台按下开场开关X011，选手开场抢答，定时器T0开场计时。同时帮助继电器M
16、11线圈得电，M11常开触点闭合并自锁。10s后，定时器T0时间到，T0常开触点闭合，常闭触点断开。继电器M11失电断开，继电器M10因T0常开触点接通等电，M10常开触点闭合并自锁。当5s后T12定时时间到，M10失电断开。从而到达5s后实现自动复位。图5-1 为抢答开场程序图 选手选择抢答程序选手选择抢答程序本设计接受了自锁及互锁原理。X0-X7六个输入按钮中的某一个按下之后，此处接受帮助继电器M来记录抢答结果。由于抢答是按钮为了信号长期有效，还须要将其自锁，又由于任何时刻，只有一组抢答有效，所以各帮助继电器又要进展互锁。例如中选手1按下抢答开关，其对应帮助继电器M0线圈得电，使M0常开触
17、点闭合，常闭触点断开。M0常开触点及X0并联，闭合并自锁。同时M0的常闭触点及其他选手的支路串联，断开，其他选手抢答无效，实现了抢答功能的互锁。选手选择抢答程序图如图5-2。图5-2 选手选择抢答程序图 抢答器局部限制程序图5-3为无人抢答, 犯规等局部的详细实现程序，这段程序依据设计要求严格的对各种犯规状况进展了精细的设计，保证了竞赛的公允及公正。图5-3 抢答器局部限制程序 数码管显示程序三菱PLC供应了7段译码指令SEGD使得PLC处理数码显示变为极为便利，图5-4即为数码管的显示程序。图5-4 数码管的显示程序5.5 抢答器限制梯形图综合上述抢答器开场程序, 选手选择抢答程序, 抢答器
18、限制程序, 数码管显示程序，编辑完整的抢答器程序，完成抢答器的整体设计。抢答器完整梯形图见附录。5.6 程序的下载, 安装和调试将各个输入输出端子和实际限制系统中的按钮, 所需限制设备正确连接，完成硬件的安装。学问竞赛抢答器的程序是由三菱PLC编程软GX-DEVELOPER7编制完成，正常工作时程序存放在存储卡中，运行编程软GX-DEVELOPER7编程软件，翻开学问竞赛抢答器的程序，即可在线调试，也可用编程器进展调试。程序调试根本成功，根本功能已实现。总 结高校生涯立即就将完毕，面对这次毕业设计，我从一开场的无从下手，到现在的毕业设计完成，整个过程让我更加熟悉了从理论到实践的跨越。才真正体会
19、到理论学问要完备的运用到现实的设计中来，我还存在许多的问题。让我明白我们的学问面不应当只是停留在书本上。在设计过程中，我也遇到了许多的问题。主要问题出现在软件设计方面，最开场的梯形图设计过程中不断的报错，设计的程序达不到预期的效果。设计过程中我不断的检查错误，使程序完整化。虽然许多困难被克制了，但是系统中难免还有许多缺乏之处，渴望老师和同学赐予指正及建议。这次的设计，从选题到实现，几乎都是自己独立完成的。设计过程中从总体设计到硬件, 软件设计，整个过程中，从需求分析到设计, 编码, 测试，我都力求标准化和文档化，努力让自己以前学的学问运用到设计中来，尽量保证整个系统的开发进度和质量，顺当完成这
20、次的毕业设计，为自己的高校生涯画上一个完备的句号。致 谢本篇论文是在张克新老师的细心指导下完成的，从选题到论文内容他都赐予了我细心的指导和严格的教化，无论从学术水平还是学术造诣上都使我受益匪浅，不仅使我学到了许多社会阅历，更重要的是让我开拓了眼界。在这次毕业论文设计中，我第一次亲身尝试到了作为一个缺乏社会实践阅历的学生所面临的困难。使我学会了如何利用所学的学问，把理论结合于实践中，进一步驾驭了PLC方面的学问，也对本专业学问有了更深刻的相识。此后，我会加倍努力的去探讨，在娴熟的根底上驾驭更多的新型技术，来提高自己的开发水平。通过这一阶段的学习和探讨，该设计最终完成，虽然消耗了许多精力和时间，但
21、是它也验证了我的学问和实力，让我有了不断提高自身素养的意识。在这里我诚意的感谢我的指导老师张克新对我的指导和启发。没有他的指导和扶植，我是不行能顺当圆满地完成论文的工作参考文献1 胡育林. 用PLC 程序设计的八路抢答器J. 群众科技,2021,1:53-54.2 夏江涛.八路抢答器的PLC 程序设计J.安阳工学院学报,2007,1:33-34.3 漆汉宏. PLC 电气限制技术M. 北京:机械工业出版社,2006:150-155.4 赵丁选.光机电一体化设计运用手册M.北京：化学工业出版社，工业装备及信息工程出版中心，2003；155- 156.5 王兆义.可编程限制器教程M.北京：机械工业
22、出版社,2004：17- 19.6 廖常出.可编程序限制器的编程方法及工程应用重庆高校出版社2001.27 三菱FX PLC运用手册.三菱公司.8 林明星. 电气限制机可编程序限制器M . 济南:机械工业出版社. 2004.9 龚中华,史建成,孙毅著. 三菱FX/Q系列PLC应用技术M .北京:人民邮电出版社, 2006.10 吴文廷，可编程限制器原理及程序设计M，北京：清华高校出版社，2021.11 俞国亮，PLC原理及应用 M, 北京：清华高校出版社，2021.12 张丽芙，PLC自动限制综合试验系统的开发及实践J， 张家口职业技术学院学报，2007. ( 4): 83-84.13孙振强，王晖，孙玉峰可编程限制器原理及应用教程M北京：清华高校出版社，2021附录抢答器完整梯形图图1 梯形图1图2 梯形图2图3 梯形图3