【正文】 出 “搶答 ”信號，數(shù)碼管開始計時，并由數(shù)碼管顯示出搶到題的參考隊號，搶到題的隊必須在 30S內(nèi)答完題，如 30S內(nèi)未答完，則作超時處理。 ② 音響叫（響 1S） +某臺燈亮 +總臺燈亮，某參賽隊違規(guī)。 ⑸ 在某個題結(jié)束后，裁判員按下臺上的復位按鈕 SB5，搶答器恢復原來的狀態(tài)，為下一輪搶答作好準備。 初始狀態(tài) 復位 圖 21 結(jié)構(gòu)流程圖 開始搶答 違規(guī)搶答 狀態(tài)：開始信號發(fā)出前搶答， 音響叫（響 1S） +某臺燈亮 +總臺燈亮。 無人應答 狀態(tài)：開始信號發(fā)出 15s內(nèi)，音響叫（響 1S） +裁判臺燈亮。這種形式在 80年代國內(nèi)很流行，但由于受到本身可靠性及其它方面的限制，目前除了儀表上仍然采用外，在工業(yè)現(xiàn)場的應用已逐步被 PLC所代替。另外，單片機的所有器件均不是工業(yè)級的，抗干擾性特別是抗電源干擾能力很弱，而國內(nèi)的電源一般都很差，加上壓片機的變頻調(diào)速對電源的干擾很大，因此，更可能引起單片機系統(tǒng)的不穩(wěn)定 [11][12]。這樣對于增加功能的開發(fā)成本和周期都會增加 [11]。 操作：現(xiàn)在國內(nèi)單片機系統(tǒng)的操作均采用自設計的鍵盤，設定數(shù)據(jù)用撥碼開關， 顯示用 LED，整個面板顯得繁鎖，而且為了減少操作鍵，設計時往往一鍵多用，操作人員很難脫開說明書操作?？傊@樣的人機對話不夠友善。 可編程控制器（ PLC）： 所謂 PLC系統(tǒng)就是采用目前市場上各大工業(yè)控制廠家生產(chǎn)的可編程控制器，根據(jù)要求選用不同的模塊，在此基礎上設計程序以達到所設計的功能。 PLC的可靠性：進口 PLC采用的 CPU都是生產(chǎn)廠家專門設計的工業(yè)級專用處理器，其余各元件也是直接向生產(chǎn)廠家購買的，經(jīng)過嚴格挑選的工業(yè)級元件，另外它的電源模塊也是集各大公司工業(yè)控制的經(jīng) 驗而特別設計的，抗干擾性特別是抗電源干擾能力有很大提高，即使在電源很差和變頻調(diào)速的干擾下仍能正常工作。 PLC的可維護性： PLC本身有很強的自診斷功能，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，根據(jù)自診斷很容易診斷出故障元件，即使非專業(yè)人員也能維修，如果故障由于程序設計不合理引起，由于它提供完善的調(diào)試工具，要找出故障也較為簡單。另外，一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，畫面自動切換到故障提示畫面，提示故障原因和排除方法。 特點：價格與前二種控制器相比略貴，可靠性好，操作簡單。 3 硬件電路設計 控制特點分析 知識競賽搶答器通過 PLC進行按控制要求編程，其主要的輸入就是通過裁判員和參賽選手的按鈕，然后將信號傳遞給信息分析中心（ PLC）， PLC將根據(jù)信號作出相應的響應。由上可知 PLC共有六個輸入點，九個輸出點。不同型號的 PLC，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價格等也各有不同，適用的場合也各有側(cè)重。 PLC的選擇主要應從 PLC的機型、容量、 I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。選擇時主要考慮以下幾點： ⑴ 合理的結(jié)構(gòu)型式 PLC主要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)型式。 ⑵ 安裝方式的選擇 PLC系統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠程 I/O式以及多 臺 PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。 ⑶ 相應的功能要求 一般小型 (低檔 )PLC具有邏輯運算、定時、計數(shù)等功能，對于只需要開關量控制的設備都可滿足。 對于控制較復雜，要求實現(xiàn) PID運算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)模大小及復雜程度，選用中檔或高檔 PLC。 ⑷ 響應速度要求 PLC是為工業(yè)自動化設計的通用控制器，不同檔次 PLC的響應速度一般都能滿足其應用范圍內(nèi)的需要。 ⑸ 系統(tǒng)可靠性的要求 對于一般系統(tǒng) PLC的可靠性均能滿足。 ⑹ 機型盡量統(tǒng)一 一個企業(yè)，應盡量做到 PLC的機型統(tǒng)一。 ②機型統(tǒng)一，其功能和使用方法類似，有利于技術力量的培訓和技術水平的提高。 綜上所述，基于以上思想，選用日本三菱公司 FX48MR系列的 PLC作為控制主機。 PLC與七段 LED顯示器連接設計 LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)及主要特性 ⑴ LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu) LED 數(shù)碼管是由發(fā)光二極管構(gòu)成的，亦稱半導體數(shù)碼管。若按規(guī)定使某些筆段上的發(fā)光二極管發(fā)光，就能顯示從 0～ 9 的一系列數(shù)字。現(xiàn)已廣泛用作數(shù)字化儀表、數(shù)控裝置、家用電器中的數(shù)顯器件。圖 314屬于共陽極結(jié)構(gòu)，圖320采用共陰極結(jié)構(gòu)。 a～ g 是 7 個筆段電極， DP 為小數(shù)點。 圖 32 常見 LED數(shù)碼管的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu) ⑵ LED數(shù)碼管的主要特性 ①工作電壓 ～ 5V，一般為 ～ ，工作電流 5～ 10mA，高亮度管可在低電壓和小電流（ 1mA左右）條件下工作。 好，工作溫度范圍為 30～ +80℃，使用壽命可達 5M小時以上。 PLC與七段數(shù)碼管方案選擇 PLC (可編程控制器 ) 具有體積小、抗干擾能力強以及運行可靠等諸多優(yōu)點。在工業(yè)控制中， PLC作為面向控制對象的下位機，已廣泛應用于工業(yè)控制的各個領域。而當欲顯示的數(shù)據(jù)較多時， PLC 直接進行數(shù)據(jù)顯示，會使得所需 PLC 輸出點數(shù)大大增加，同時由于 PLC 梯形圖的局限性，abcdefg1 2 5431 09876g f bae d D Pc++● D PОООООООО+aD PgfedcbООООООООaD Pgfedcb( a ) ( c )( b )會使得顯示程序的編制變得非常復雜，這不僅增大了程序編制的難度，而且增加了程序的執(zhí)行時間，從而大大地降低了顯示速度。 PLC通過輸出模塊外接顯示電路，一般要求少占用輸出點數(shù)、外接電路簡單、輸出顯示速度盡可能快。 PLC輸出模塊接 LED數(shù)碼管顯示的方法已應用在一實際 CQM1型 PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)中。 ⑵ 所有的顯示單元的電路結(jié)構(gòu)完全相同，可以互換。 ⑷ 采用靜態(tài)顯示方式，顯示沒有閃爍感。 ⑹ 在沒有新數(shù)據(jù)顯示時，程序進行循環(huán)顯示，使顯示電路的抗干擾能力增強。 PLC與七段數(shù)碼管直接連接阻值計算 根據(jù) LED數(shù)碼管每筆畫工作電流 I在 5～ 10 mA 之間，若電流過大會損壞數(shù)碼管，因此必須加限流電阻，其阻可按下式計算 [8] R=（ V0V1） /I 其中 V0為加在 LED兩端上的電壓， V1為 LED數(shù)碼管每筆劃壓降（約為 2V）。本次設計共用到了三個數(shù)碼管，所以須要 21個 1KΩ的 R，以及 5個 EL燈和一個音響。SB SB SB SB4分別對應四個參賽對號，輸入點分別 X X X X4，輸出點分別為 Y Y Y Y4。音響輸出點為 Y5。數(shù)碼管 2顯示輸出點為 Y20Y26。 PLC與數(shù)碼管采用串電阻直 接連接方式。 1 2 3 4ABCD4321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eA4D a t e : 13 M a y 20 10 S he e t o f F i l e : C : \ D oc um e nt s a nd S e t t i ng s \ A dm i ni s t r a t or \ 桌面 \ M y D e s i g n. dd bD r a w n B y :S B 0S W P BS B 1S B 2S B 3S B 4S B 5C O M 1Y0Y1Y2Y3C O M 2Y4Y5Y 15C O M 3Y 10Y 11Y 12Y 13C O M 4Y 14Y 16C O M 5Y 20Y 21Y 22Y 23C O M 6Y 24Y 26Y 25C O M 7Y 30Y 31Y 32Y 33Y 34Y 35Y 36C O M 8C O M 9X0X1X2X3X4X5F X 2N 48 M RE L 0E L 1 E L 2 E L 3 E L 4S P E A K E RV C C1K * 7abfcgdeD P Y[ L E D g n ]1234567abcdefgabfcgdeD P Y[ L E D g n ]1234567abcdefgabfcgdeD P Y[ L E D g n ]1234567abcdefg1K * 71K * 7圖 313 外部硬件接線圖 4 軟件設計 IO分配 表 41 知識競賽搶答器輸入輸出口分配表 輸入信號 輸出信號 名稱 代號 輸入點標號 名稱 代號 輸出點標號 裁判臺開始按鈕 SB0 X0 開始工作指示燈 EL0 Y0 1號賽臺搶答器按鈕 SB1 X1 1號參賽臺燈 EL1 Y1 2號賽臺搶答器按鈕 SB2 X2 2號參賽臺燈 EL2 Y2 3號賽臺搶答器按鈕 SB3 X3 3號參賽臺燈 EL3 Y3 4號賽臺搶答器按鈕 SB4 X4 4號參賽臺燈 EL4 Y4 裁判臺復位按鈕 SB5 X5 音 響 B Y5 數(shù)碼管 1 LE1 Y10Y16 數(shù)碼管 2 LE2 Y20Y26 數(shù)碼管 3 LE3 Y30Y36 為了硬件電路接線方便和程序清晰易讀，用 SB0作為，四個參賽隊分別用與之對應號 SB SB SB SB4設置按鈕。輸出與輸入對應，用 YO輸出信號驅(qū)動比賽開始信號燈 EL0，同理用 Y Y YY4輸出信號驅(qū)動對應的信號燈 EL EL EL EL4。 Y10Y16輸出信號驅(qū)動數(shù)碼管 1顯示各個參賽隊的隊號。 根據(jù)控制要求進行梯形圖設計 圖 41 梯形圖Ⅰ X0M0M1 X5M0T0X1M1Y1X5Y1X2 M1 X5Y2Y2X3M1Y3X5Y3X4 M1Y4Y4X5X1X2X3X4M1M1M1M2T1X5M2T1K 130M 1 T 0 T 1 Y0X5Y0M 0 M1T0 M1T1 M1M1M0M0M1M1X5P L SM3搶答允許搶答限時1號參 賽臺二號參賽臺三號參賽臺四號參賽臺搶答繼電器答題限時繼電器答題限時(裁 判臺燈狀態(tài))違規(guī)搶答無人搶答答題超時(裁判 臺燈狀態(tài))正常搶答無人搶答答題超時違規(guī)搶答 M 4M 1 9M 2 5M 5M 0M 5M 9M 1 1M 1 2M 1 4M 1 5M 1 6M 1 7M 1 8M 9M 1 0M 1 1M 1 2M 1 3M 1 6M 1 7M 1 8M 9M 1 0M 1 2M 1 3M 1 4M 1 5M 1 6M 1 7