【正文】 向主持 人提供 搶答成功組 的組別 ，不具備記分的功能。記分搶答器根據(jù)其配置又可分為： 手翻牌記分搶答器 、 電子記分搶答器 、 與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)方便用戶將其投影到大屏幕上等應(yīng)用。 電子記分搶答器 電子記分搶答器 具備搶答功能可向主持 人 和觀眾展示搶答成功的組別，每個(gè)競(jìng)賽選手面前放置一個(gè) LED 高亮度數(shù)碼管電子記分屏，所有加分功能統(tǒng)一由一個(gè)記分控制臺(tái)控制加減分?jǐn)?shù) ， 常在大型各地電視臺(tái)、工廠、機(jī)關(guān)、團(tuán)體、工會(huì)、學(xué)校、部隊(duì)、行政和機(jī)關(guān)等部門(mén)專業(yè)知識(shí)智力競(jìng)賽活動(dòng)中使用 。 搶答器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的控制要求 根據(jù)本次設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)由八組 參賽組 進(jìn)行搶答 的搶答器， 各搶答組配備一個(gè)搶答按鈕， 主持人通過(guò)觸摸屏 軟按鈕實(shí)現(xiàn)開(kāi)始、復(fù)位和限時(shí)的功能并 監(jiān)控比賽的進(jìn)行。搶答器的功能如下： 比賽開(kāi)始前，主持人按一下觸摸屏上的復(fù)位按鈕， 使 搶答器系統(tǒng)復(fù)位， 所有參賽組的顯示均滅。 （如果出現(xiàn)兩組同時(shí)按下 搶答 按鈕， 但這種幾率一般較小，難免出現(xiàn)這種現(xiàn)象 可通過(guò)再按一次復(fù)位按鈕從新開(kāi)始下一題搶答。 主持人都按一下復(fù)位按鈕進(jìn)入下一題搶答 在搶答成功后，主持人 要求開(kāi)始答題并 按一下觸摸屏上的限時(shí)按鈕，啟動(dòng)定時(shí)器，在設(shè)定的時(shí)間 T38（ 程序預(yù)定時(shí)間設(shè)為 60S，可通過(guò)修改程序中的 T38的 PT 值來(lái)實(shí)現(xiàn)要求的時(shí)間 ）內(nèi)回答有效，當(dāng)達(dá)到設(shè)定時(shí)間 T38（ 60S）時(shí)，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器 HA 發(fā)出聲響， 提示答題超時(shí)，同時(shí) 指示燈 L3（紅燈）亮，表示答題時(shí)間到。 答對(duì)一題加 20 分，答錯(cuò)一 題和答題超時(shí)一次扣 10 分，按積分多少論勝負(fù)。第 3 章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案確定 4 第 3 章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 確定 搶答器是一種典型的電氣控制產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用在各種智力搶答競(jìng)賽中。 下面將分別介紹各類搶答器。構(gòu)成框圖見(jiàn)圖 31。開(kāi)關(guān)應(yīng)為常開(kāi)型，當(dāng)按下開(kāi)關(guān)時(shí)，開(kāi)關(guān)閉合；當(dāng)松開(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí)，開(kāi)關(guān)自動(dòng)彈出斷開(kāi)。若有多個(gè)開(kāi)關(guān)同時(shí)按下時(shí)，則在它們之間存在著隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)的問(wèn)題，結(jié)果可能是它們中的任一個(gè)信號(hào)產(chǎn)生有效輸出。 七段顯示譯碼器 開(kāi)關(guān)陣列電路 解鎖電路 觸發(fā)鎖存電路陣 數(shù)碼顯示器 編 碼 器 七段顯示譯碼器 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 5 譯碼驅(qū)動(dòng)電路將編碼器輸出的 8421BCD 碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)，并且為保證數(shù)碼管正常工作提供足夠的工作電流。數(shù)碼顯示器件中的液晶數(shù)碼管價(jià)格較高，驅(qū)動(dòng)較復(fù)雜，并且僅能工作于有外界光線的場(chǎng)合，所以使用較少。 單片機(jī)搶答器 單片機(jī)搶答器 硬件設(shè)計(jì) 硬件電路框架如圖 32 所示：主要由單片機(jī)控制模塊、按鍵模塊 、蜂鳴器模塊和和數(shù)碼顯示模塊組成。 按鍵模塊 該模塊主要由兩部分組成，一部分是主持人按鍵，一部分是選手按鍵。 數(shù)碼顯示模塊 該模塊主要顯示兩部分內(nèi)容。它們都是由 MAX7219 驅(qū)動(dòng)的共陰極數(shù)碼管。 對(duì) MAX7219 接口電路的初始化，內(nèi)部定時(shí)器的初始化，中斷的初始化及調(diào)用顯示程序?qū)Τ跏紶顟B(tài)的顯示以及對(duì)外部信號(hào)的等待處理，也就是誰(shuí)完成前期的準(zhǔn)備工作等待隨時(shí)對(duì)外部信號(hào)進(jìn)行響應(yīng)。 鍵盤(pán)處理程序 主持人按鍵通過(guò)單片機(jī) RXD、 TXD 兩個(gè)引腳進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)開(kāi)始搶答和復(fù)位。 （此處略做介紹，未給出程序） PLC 搶答器 通過(guò)以上模 /數(shù)、單片機(jī)和 PLC 搶答器的比較， 采用模擬電路、數(shù)字電路或者模數(shù)混合電路的產(chǎn)品。 近年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)、 PLC 的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)的控制檢測(cè)技術(shù)的不斷更新。 而 PLC 可編程邏輯控制器是以微機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起 來(lái)的新一代控制裝置，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的理想工具之一， 專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它有著傳統(tǒng)繼電接觸控制無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。 7 第 4 章 系統(tǒng)硬件 設(shè)計(jì) 觸摸屏 的 選型及設(shè)計(jì) 20 世紀(jì) 90 年 代初出現(xiàn)了一種新的人機(jī)交互技術(shù) 觸摸屏技術(shù)，觸摸屏便是這種技術(shù)的具體體現(xiàn)。 觸摸屏做為一種特殊的計(jì)算機(jī)外設(shè)，它是目前最簡(jiǎn)單、方便、自然的一種人機(jī)交互方式。觸摸屏在我國(guó)的應(yīng)用范圍非常廣闊，主要是公共信息的查詢；如電信局、稅務(wù)局、銀行、電力等部門(mén)的業(yè)務(wù)查詢；城市街頭的信息查詢；此外應(yīng)用于領(lǐng)導(dǎo)辦公、 工業(yè)控制、軍事指揮、電子游戲、點(diǎn)歌點(diǎn)菜、多媒體教學(xué)、房地產(chǎn)預(yù)售等。 觸摸屏的基本原理 用戶用手指或其他物體觸摸觸摸屏?xí)r，所觸摸的位置（以坐標(biāo)形式表示）被觸摸屏控制器檢測(cè)，并通過(guò)串行通信接口送到計(jì)算機(jī)或 PLC 的 CPU， CPU 將此坐標(biāo)和觸摸屏上的各個(gè)圖形對(duì)象（代表特定信息）的坐標(biāo)相對(duì)比，從此確定輸入的信息 [17]。觸摸屏控制器（卡）的主要作用是從觸摸點(diǎn)檢測(cè) 裝置上接收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點(diǎn)坐標(biāo)，再送到計(jì)算機(jī)或 PLC 的 CPU，它同時(shí)能接收 CPU 發(fā)來(lái)的命令并加以執(zhí)行，例如直觀動(dòng)態(tài)地顯示開(kāi)關(guān)量和模擬量。 觸摸屏有以下 5 種類型：電阻式、紅外線式、電容式、表面聲波式和近場(chǎng)成像式。 1．電阻觸摸屏 電阻觸摸屏的屏體部分是一塊與顯示器表面相匹配的多層復(fù)合薄膜，由一層玻璃或有機(jī)玻璃作為基層，表面涂有一層透明的導(dǎo)電層，上面再蓋有一層外表面第 4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 8 硬化處理、光滑防 刮的塑料層，它的內(nèi)表面也涂有一層透明導(dǎo)電層，在兩層導(dǎo)電層之間有許多細(xì)小 (小于千分之一英寸 )的透明隔離點(diǎn)把它們隔開(kāi)絕緣。電阻類觸摸屏的關(guān)鍵在于材料科技。電阻式觸摸屏在強(qiáng)化玻璃表面分別涂上兩層 OTI 透明氧化金屬導(dǎo)電層，最外面的一層 OTI 涂層作為導(dǎo)電體，第二層 OTI 則經(jīng)過(guò)精密的網(wǎng)絡(luò)附上橫豎兩個(gè)方向的 +5V 至 0V 的電壓場(chǎng)，兩層 OTI之間以細(xì)小的透明隔離點(diǎn)隔開(kāi)。 五線電阻觸摸屏的外層導(dǎo)電層使用的是延展性好的鎳金涂層材料，外導(dǎo)電層由于頻繁觸摸，使用延展性好的鎳金材料目的是為了延長(zhǎng)使用壽命，但是工藝成本較為高昂。 電阻觸摸屏是一種對(duì)外界完全隔離的工作環(huán)境，不怕灰塵和水汽，它可以用任何物體來(lái)觸摸 ,可以用來(lái)寫(xiě)字畫(huà)畫(huà)，比較適合工業(yè)控制領(lǐng)域及辦公室內(nèi)有限人的使用。不過(guò) ,在限度之內(nèi)，劃傷只會(huì)傷及外導(dǎo)電層，外導(dǎo)電層的劃傷對(duì)于五線電阻觸摸屏來(lái)說(shuō)沒(méi)有關(guān)系 ,而對(duì)四線電阻觸摸屏來(lái)說(shuō)是致命的。光點(diǎn)距架框的四邊排列了紅外線發(fā)射管及接收管，在屏幕表面形成一個(gè)紅外線網(wǎng)。任何觸摸物體都可改變觸點(diǎn)上的紅外線而實(shí)現(xiàn)觸摸屏操作。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 9 此后第二代紅外屏部分解決了抗光干擾的問(wèn)題，第三代和第四代在提升分辨率和穩(wěn)定性能上亦有 所改進(jìn)，但都沒(méi)有在關(guān)鍵指標(biāo)或綜合性能上有質(zhì)的飛躍。 紅外線觸摸屏只要真正實(shí)現(xiàn)了高穩(wěn)定性能和高分辨率，必將替代其它技術(shù)產(chǎn)品而成為觸摸屏市場(chǎng)主流。并且可針對(duì)用戶定制擴(kuò)充功能，如網(wǎng)絡(luò)控制、聲感應(yīng)、人體接近感應(yīng)、用戶軟件加密保護(hù)、紅外數(shù)據(jù)傳輸?shù)取? 紅外線式觸摸屏價(jià)格便宜、安裝容易、能較好地感應(yīng)輕微觸摸與快速觸摸。而且紅外線式觸摸屏不防水和怕污垢，任何細(xì)小的外來(lái)物都會(huì)引起誤差，影響其性能，不適宜置于戶外和公共場(chǎng)所使用。 此外，在附加的觸摸屏四邊均鍍上狹長(zhǎng)的電極，在導(dǎo)電體內(nèi)形成一個(gè)低電壓交流電場(chǎng)。電容觸摸屏的雙玻璃不 但能保護(hù)導(dǎo)體及感應(yīng)器，更有效地防止外在環(huán)境因素給觸摸屏造成影響 。因此，當(dāng)較大面積的手掌或手持的導(dǎo)體物靠近電容屏而不是觸摸時(shí)就能引起電容屏的誤動(dòng)作，在潮濕的天氣，這種情況尤為嚴(yán)重，手扶住顯示器、手掌靠近顯示器 7厘米以內(nèi)或身體靠近顯示器 15厘米以內(nèi)就能引起電容屏的誤動(dòng)作。電容屏更主要的缺點(diǎn)是漂移：當(dāng)環(huán)境溫度、濕度改變時(shí)，環(huán)境電場(chǎng)發(fā)生改變時(shí)，都會(huì)引起電容屏的漂移，造成不準(zhǔn)確。 此外，理論上許多應(yīng)該線性的關(guān)系實(shí)際上卻是非線性，如：體重不同或者手指濕潤(rùn)程度不同的人吸走的總電流量是不同的，而總電流量的變化和四個(gè)分電流量的變化是非線性的關(guān)系，電容觸摸屏采用的這種四個(gè)角的自定義極坐標(biāo)系還沒(méi)有坐標(biāo)上的原點(diǎn)，漂移后控制器不能察覺(jué)和恢復(fù)，而且， 4 個(gè) A/D 完成后，由四個(gè)分流量的值到觸 摸點(diǎn)在直角坐標(biāo)系上的 X、 Y坐標(biāo)值的計(jì)算過(guò)程復(fù)雜。電容觸摸屏最外面的矽土保護(hù)玻璃防刮擦性很好，但是怕指甲或硬物的敲擊，敲出一個(gè)小洞就會(huì)傷及夾層 ITO，不管是傷及夾層 ITO 還是安裝運(yùn)輸過(guò)程中傷及內(nèi)表面 ITO 層，電容屏就不能正常工作了。這塊玻璃平板只是一塊純粹的強(qiáng)化玻璃，區(qū)別于別類觸摸屏技術(shù)是沒(méi)有任何貼膜和覆蓋 層。玻璃屏的四個(gè)周邊則刻有 45176。 發(fā)射換能器把控制器通過(guò)觸摸屏電纜送來(lái)的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為聲波能量向左方表面?zhèn)鬟f，然后由玻璃板下邊的一組精密反射條紋把聲波能量反射成向上的均勻面?zhèn)鬟f，聲波能量經(jīng)過(guò)屏體表面，再由上邊的反射條紋聚成向右的線傳播給 X軸的接收換能器，接收換能器將返回的表面聲波能量變?yōu)殡娦盘?hào)。因此這個(gè)波形信號(hào)的時(shí)間軸反映各原始波形疊加前的位置，也就是 X 軸坐標(biāo)。當(dāng)手指或其它能夠吸收或阻擋聲波能量的物體觸摸屏幕時(shí)， X 軸途經(jīng)手指部位向上走的聲波能量被部分吸收，反應(yīng)在接收波形上即某一時(shí)刻位置上波 形有一個(gè)衰減缺口。之后 Y 軸同樣的過(guò)程判定出觸摸點(diǎn)的 Y 坐標(biāo)。其原理是由接收信號(hào)衰減處的衰減量計(jì)算得到。 表面聲波觸摸屏一個(gè)特點(diǎn)是抗暴，因?yàn)楸砻媛暡ㄓ|摸屏的工作面是一層看不見(jiàn)、打不壞的聲波能量，觸摸屏的基層玻璃沒(méi)有任何夾層和結(jié)構(gòu)應(yīng)力（表面聲波觸摸屏可 以發(fā)展到直接做在 CRT 表面從而沒(méi)有任何 屏幕 ），因此非?？贡┝κ褂茫m合公共場(chǎng)所。 表面聲波第三個(gè)特點(diǎn)是性能穩(wěn)定，因?yàn)楸砻媛暡夹g(shù)原理穩(wěn)定，而表面聲波觸摸屏的控制器靠測(cè)量衰減時(shí)刻在時(shí)間軸上的位置來(lái)計(jì)算觸摸位置，所以表面聲波觸摸屏非常穩(wěn)定，精度也非常高，目前表面聲波技術(shù)觸摸屏的精度通常是40964096256 級(jí)力度。因?yàn)椋何覀兊氖种赣|摸在 40964096256 級(jí)力度的精度下，每秒 48 次的觸摸數(shù)據(jù)不可能是紋絲不變的，而塵土或水滴就一點(diǎn)都不變，控制器發(fā)現(xiàn)一個(gè) 觸摸 出現(xiàn)后紋絲不變超過(guò)三秒鐘即自動(dòng)識(shí)別為干擾物。目前在所有觸摸屏中只有聲波觸摸屏具有能感知觸摸壓力這個(gè)性能，有了這個(gè)功能，每個(gè)觸摸點(diǎn)就不僅僅是有觸摸和無(wú)觸摸的兩個(gè)簡(jiǎn)單狀態(tài)，而是成為能感知力的一第 4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 12 個(gè)模擬量值的開(kāi)關(guān)了。 表面聲波觸摸屏的缺點(diǎn)是觸摸屏表面的灰塵和水滴也阻擋表面聲波的傳遞，雖然聰明的控制卡能分辨出來(lái)，但塵土積累到一定程度，信號(hào)也就衰減得非常厲害，此時(shí)表面聲波觸摸屏變得遲鈍甚至不工作，因此，表面聲波觸摸屏一方面推出防塵型觸摸屏，一方面建議別忘了每年定期清潔觸摸屏。在導(dǎo)電涂層上施加一個(gè)交流信號(hào)，從而在屏幕表面形成一個(gè)靜電場(chǎng)。而與之配套的影像處理控制器可以探測(cè)到這個(gè)干擾信號(hào)及其位置并把相應(yīng)的坐標(biāo)參數(shù)傳給操作系統(tǒng)。 觸摸屏的特點(diǎn) 觸摸屏用專用的畫(huà)面制作軟件生成畫(huà)面。在畫(huà)面中用文字或圖形動(dòng)態(tài)地顯示 PLC 中開(kāi)關(guān)量狀態(tài)和數(shù)字量的數(shù)值，還可以實(shí)現(xiàn)某些動(dòng)畫(huà)功能。 觸摸屏的按鍵在屏幕上的畫(huà)面中。 用觸摸屏上軟元件代替硬件按鈕和指示燈等外部元件，可以節(jié)省 PLC 的輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)。使用圖庫(kù)中的元件，可以方便地生成各種畫(huà)面。在生成的畫(huà)面時(shí)將圖形對(duì)象與控制器中的存儲(chǔ)器地址聯(lián)系起來(lái)，就可以實(shí)現(xiàn) PLC 與觸摸屏之間的通信 [12]。 西門(mén)子 OP77B 6AV66410CA010AX0 型觸摸屏含有兩個(gè)通信接口：RS232 接口； RS422接口，與 PLC通信（通過(guò)畫(huà)面實(shí)時(shí)監(jiān)控 PLC 的運(yùn)行）。為了達(dá)到用觸摸屏操作畫(huà)面實(shí)時(shí)監(jiān)控 PLC 的運(yùn)行的目的，必須將操作畫(huà)面中的圖形對(duì)象與 PLC 中編程軟件聯(lián)系起來(lái)。 由于缺乏觸摸屏，本文采用組態(tài)王軟件進(jìn)行仿真。 圖 41 新建項(xiàng)目 新建項(xiàng)目完成后，進(jìn)入組態(tài) 王軟件設(shè)置界面，見(jiàn)圖 42。見(jiàn)圖 43。雙擊圖 42 中新建圖標(biāo)，便出現(xiàn)下圖44。見(jiàn) 圖 45。 圖 46 設(shè)備配置設(shè)置完成 第 4 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 16 設(shè)備配置設(shè)置完成后，進(jìn)行變量設(shè)置。 圖 48 變量設(shè)置完成 四川理工學(xué)院畢 業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 17 變量設(shè)置完成后，便可以進(jìn)行畫(huà)面制作。 圖 49 新建畫(huà) 面 然后進(jìn)行畫(huà)面制作，打開(kāi)圖庫(kù)，找出相應(yīng)的元件進(jìn)行布局，添加文字注釋，便可完成畫(huà)面制作，見(jiàn)圖 410。完成畫(huà)面制作后，還需要在元件中添加對(duì)應(yīng)的變量名。 圖 411 添加變量名 觸摸屏操作畫(huà)面制作完成后，再通過(guò)計(jì)算機(jī)的 RS232C 串行通信口將操作畫(huà)面下載到觸摸屏中。 PLC 慨述 （ 1） PLC 的基本結(jié)構(gòu) PLC 主要由 CPU 模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成。 CPU 模塊：主要由微處理器（ CPU 芯片）和存儲(chǔ)器組成。 I/O 模塊：輸入模塊和輸出模塊簡(jiǎn)稱為 I/O 模塊，它相當(dāng)于人的眼、耳、四川理工學(xué)院畢 業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 19 手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和 CPU 模塊的橋梁。 電源： PLC 使用 AC220V 電源或 DC24V 電源 [1]。 功能強(qiáng)，性能 價(jià)格比高 一臺(tái)小型 PLC 內(nèi)有成千上萬(wàn)個(gè)可供用戶使用的的編程元件，有很強(qiáng)的功能，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。 PL