黃紅霞，李海霞，鄭 君

(湖北理工學(xué)院 電氣與電子信息工程學(xué)院，湖北 黃石 435003)

市場上已有的各種測驗(yàn)答案在絕大多數(shù)早期設(shè)計的電路搶答器鎖定功能，模擬電路，數(shù)字電路，模擬電路和數(shù)字電路的結(jié)合，部分答案已經(jīng)相當(dāng)成熟。搶答器通常設(shè)計一個倒數(shù)計時器，自動復(fù)位，報警，控制按鈕可以發(fā)光，用屏幕顯示選手號碼和時間等，這種方案不便于后期功能的擴(kuò)展和升級。采用單片機(jī)雖也能較好地實(shí)現(xiàn)，但單片機(jī)本身存在一些局限性，如:抗干擾能力差，穩(wěn)定性不強(qiáng)，不易維護(hù)，設(shè)計周期長等［1］。本設(shè)計外圍硬件電路選擇FX2N 系列PLC 來實(shí)現(xiàn)，它的控制性能穩(wěn)定，反應(yīng)迅速，而且后期維修起來也方便。

1 PLC 簡介

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC 技術(shù)更新日新月異，市場上PLC 產(chǎn)品種類繁多。按照市場需求，PLC 產(chǎn)品可按價格，功能，容量，編程方法進(jìn)行不同的分類［1］。為了提升基于PLC 控制系統(tǒng)的性能和經(jīng)濟(jì)性，需要選擇相對合適的PLC，這也是本系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。

對于PLC 類型選擇，既要考慮到系統(tǒng)性能的可靠，同時也要保證較好的經(jīng)濟(jì)性，易于維護(hù)等，主要參考指標(biāo)有:

1)安裝便捷性:PLC 系統(tǒng)支持三種安裝方式:與多臺PLC 聯(lián)網(wǎng)的分布式，遠(yuǎn)程I/O 型，集中式。與多臺PLC 聯(lián)網(wǎng)分布式需要配備其他的通信模塊，支持小型PLC，可實(shí)現(xiàn)多個設(shè)備獨(dú)立分合靈活控制;遠(yuǎn)程I/O 型需要配備驅(qū)動器和遠(yuǎn)程電源［2］，適用于大型應(yīng)用系統(tǒng)控制和實(shí)現(xiàn);集中式則兼顧了遠(yuǎn)程式和多臺聯(lián)網(wǎng)式的主要優(yōu)點(diǎn)。

2)結(jié)構(gòu)合理性:PLC 整體模塊化兩種結(jié)構(gòu)型式，整體PLC 的I/O 點(diǎn)比模塊便宜，而且體積比較小，一般用于固定小型控制系統(tǒng)的系統(tǒng)進(jìn)程中，模塊化PLC 功能擴(kuò)展靈活。

3)功能特點(diǎn):對于計數(shù)，計時等邏輯運(yùn)算，一般PLC 都可以實(shí)現(xiàn)，只需要切換控制裝置。對于主音量控制開關(guān)，少量的模擬控制系統(tǒng)中，可以使用A/D 和D/A 轉(zhuǎn)換單元，加法和減法，增強(qiáng)低端PLC 的數(shù)據(jù)傳輸功能的運(yùn)算操作。對于較復(fù)雜的控制，PID 運(yùn)算，閉環(huán)控制，通訊網(wǎng)絡(luò)，視頻控制規(guī)模等選擇中檔或更高等級PLC。

在PLC 選型時，要同時考慮到響應(yīng)時間和可靠性等方面。

2 多功能智力競賽搶答器功能要求

2.1 系統(tǒng)功能

多功能智力競賽搶答器根據(jù)智力競賽特點(diǎn)，系統(tǒng)模擬多名選手參加比賽，并設(shè)計相應(yīng)編號，每位選手有一個搶答按鈕，選手號碼和按鈕號碼一致。整個比賽過程由主持人即總開關(guān)控制，包括比賽開始和計時清零等。倒計時開始，選手開始搶答，若有選手搶中選題，系統(tǒng)會顯示第一位搶答選手編號，同時，倒計時電路結(jié)束計時。

2.2 系統(tǒng)具體控制方案

模擬實(shí)際比賽，對選手犯規(guī)的可能性進(jìn)行了全面的考慮，并增加答題倒計時功能。設(shè)計總分正常答題、無人搶答以及犯規(guī)操作三方面的設(shè)計要求，由總控制臺控制八路搶答選手的各項操作。具體說明如下:

2.2.1 正常答題

當(dāng)控制臺按下啟動開關(guān)SB1，蜂鳴器會響起來，紅燈亮。如果在10 s 內(nèi)有隊伍搶答，那么數(shù)碼管將顯示搶答選手的號碼，以及綠燈表示搶答成功。開始搶答后，總臺按倒計時開關(guān)SB2，紅燈表示答題時間到［3］。進(jìn)入到下一個問題，控制臺按下復(fù)位按鈕SB0，按下SB1 則表示開始搶答，如此循環(huán)下去。

2.2.2 無人搶答

控制臺按下啟動開關(guān)SB1，蜂鳴器發(fā)聲并且發(fā)出紅色的燈光，在10 s 內(nèi)如果沒有人搶答，蜂鳴器響，黃燈閃起來，這意味著沒有人搶答。

2.3 犯規(guī)操作

犯規(guī)一:若控制臺沒有按下開關(guān)SB1 時，但是還有選手搶答，紅燈亮，表示選手犯規(guī)。

犯規(guī)二:搶答成功后，系統(tǒng)會在10 s 內(nèi)自動復(fù)位，此時如果有選手按下?lián)尨鸢粹o，紅燈亮，犯規(guī)號碼會在數(shù)碼管上顯示，并且蜂鳴器會發(fā)出聲音表示警告。

犯規(guī)三:如果控制臺按下開始搶答開關(guān)后，在10 s 內(nèi)沒有參賽隊伍搶答，那么黃燈會亮。

若此時選手再按搶答鍵則表示犯規(guī)，蜂鳴器發(fā)出報警聲音。

3 智力競賽搶答器硬件設(shè)計

3.1 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

對于搶答部分，當(dāng)X0－X7 八個輸入按鈕中的某一個按下之后，此處采用輔助繼電器M 來記錄搶答結(jié)果。為了保證搶答鍵信號長期有效，還需要將其自鎖，又由于任何時刻，只要有任意一組搶答，電路有效，所以各輔助繼電器又要進(jìn)行互鎖［4］。對于數(shù)碼顯示部分，三菱PLC 提供了7 段譯碼指令SEGD 使得PLC 處理數(shù)碼顯示變?yōu)闃O為方便。

圖1 搶答器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.2 I/O 分配

對應(yīng)的I/O 分配如表1 所示［5］。

表1 I/O 分配表

3.3 硬件控制接線圖

整體硬件方案如圖2 所示。

圖2 搶答器硬件控制連線圖

4 總結(jié)

搶答器應(yīng)用非常廣泛，在各種知識競賽場合，都需要根據(jù)選手答題情況，給出實(shí)時、準(zhǔn)確、快速、公正的評斷。該搶答器設(shè)計用PLC 完成，完成了外圍的硬件電路設(shè)計。它的控制性能穩(wěn)定，反應(yīng)迅速，而且后期維修起來也方便。后期可通過所選擇的PLC 型號，編寫正確的梯形圖程序，實(shí)現(xiàn)相關(guān)仿真。

［1］俞國亮.PLC 原理與應(yīng)用［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2009：22－56.

［2］張麗芙.PLC 自動控制綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的開發(fā)與實(shí)踐［J］.張家口職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2007(4) ：83－84.

［3］孫振強(qiáng)，王暉，孫玉峰.可編程控制器原理及應(yīng)用教程［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2008：56－66.

［4］謝克明，夏路易.可編程控制器原理與程序設(shè)計［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2005：28－50.

［5］Allan R.Hambley.Electronics［M］.2nd.Prentice Hall Inc，2000.