基于PLC 的多功能智力竞赛抢答器设计*

黄红霞，李海霞，郑 君

(湖北理工学院 电气与电子信息工程学院，湖北 黄石 435003)

市场上已有的各种测验答案在绝大多数早期设计的电路抢答器锁定功能，模拟电路，数字电路，模拟电路和数字电路的结合，部分答案已经相当成熟。抢答器通常设计一个倒数计时器，自动复位，报警，控制按钮可以发光，用屏幕显示选手号码和时间等，这种方案不便于后期功能的扩展和升级。采用单片机虽也能较好地实现，但单片机本身存在一些局限性，如:抗干扰能力差，稳定性不强，不易维护，设计周期长等［1］。本设计外围硬件电路选择FX2N 系列PLC 来实现，它的控制性能稳定，反应迅速，而且后期维修起来也方便。

1 PLC 简介

随着电子技术的飞速发展，PLC 技术更新日新月异，市场上PLC 产品种类繁多。按照市场需求，PLC 产品可按价格，功能，容量，编程方法进行不同的分类［1］。为了提升基于PLC 控制系统的性能和经济性，需要选择相对合适的PLC，这也是本系统设计的关键。

对于PLC 类型选择，既要考虑到系统性能的可靠，同时也要保证较好的经济性，易于维护等，主要参考指标有:

1)安装便捷性:PLC 系统支持三种安装方式:与多台PLC 联网的分布式，远程I/O 型，集中式。与多台PLC 联网分布式需要配备其他的通信模块，支持小型PLC，可实现多个设备独立分合灵活控制;远程I/O 型需要配备驱动器和远程电源［2］，适用于大型应用系统控制和实现;集中式则兼顾了远程式和多台联网式的主要优点。

2)结构合理性:PLC 整体模块化两种结构型式，整体PLC 的I/O 点比模块便宜，而且体积比较小，一般用于固定小型控制系统的系统进程中，模块化PLC 功能扩展灵活。

3)功能特点:对于计数，计时等逻辑运算，一般PLC 都可以实现，只需要切换控制装置。对于主音量控制开关，少量的模拟控制系统中，可以使用A/D 和D/A 转换单元，加法和减法，增强低端PLC 的数据传输功能的运算操作。对于较复杂的控制，PID 运算，闭环控制，通讯网络，视频控制规模等选择中档或更高等级PLC。

在PLC 选型时，要同时考虑到响应时间和可靠性等方面。

2 多功能智力竞赛抢答器功能要求

2.1 系统功能

多功能智力竞赛抢答器根据智力竞赛特点，系统模拟多名选手参加比赛，并设计相应编号，每位选手有一个抢答按钮，选手号码和按钮号码一致。整个比赛过程由主持人即总开关控制，包括比赛开始和计时清零等。倒计时开始，选手开始抢答，若有选手抢中选题，系统会显示第一位抢答选手编号，同时，倒计时电路结束计时。

2.2 系统具体控制方案

模拟实际比赛，对选手犯规的可能性进行了全面的考虑，并增加答题倒计时功能。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，由总控制台控制八路抢答选手的各项操作。具体说明如下:

2.2.1 正常答题

当控制台按下启动开关SB1，蜂鸣器会响起来，红灯亮。如果在10 s 内有队伍抢答，那么数码管将显示抢答选手的号码，以及绿灯表示抢答成功。开始抢答后，总台按倒计时开关SB2，红灯表示答题时间到［3］。进入到下一个问题，控制台按下复位按钮SB0，按下SB1 则表示开始抢答，如此循环下去。

2.2.2 无人抢答

控制台按下启动开关SB1，蜂鸣器发声并且发出红色的灯光，在10 s 内如果没有人抢答，蜂鸣器响，黄灯闪起来，这意味着没有人抢答。

2.3 犯规操作

犯规一:若控制台没有按下开关SB1 时，但是还有选手抢答，红灯亮，表示选手犯规。

犯规二:抢答成功后，系统会在10 s 内自动复位，此时如果有选手按下抢答按钮，红灯亮，犯规号码会在数码管上显示，并且蜂鸣器会发出声音表示警告。

犯规三:如果控制台按下开始抢答开关后，在10 s 内没有参赛队伍抢答，那么黄灯会亮。

若此时选手再按抢答键则表示犯规，蜂鸣器发出报警声音。

3 智力竞赛抢答器硬件设计

3.1 硬件系统结构

对于抢答部分，当X0－X7 八个输入按钮中的某一个按下之后，此处采用辅助继电器M 来记录抢答结果。为了保证抢答键信号长期有效，还需要将其自锁，又由于任何时刻，只要有任意一组抢答，电路有效，所以各辅助继电器又要进行互锁［4］。对于数码显示部分，三菱PLC 提供了7 段译码指令SEGD 使得PLC 处理数码显示变为极为方便。

图1 抢答器系统结构

3.2 I/O 分配

对应的I/O 分配如表1 所示［5］。

表1 I/O 分配表

3.3 硬件控制接线图

整体硬件方案如图2 所示。

图2 抢答器硬件控制连线图

4 总结

抢答器应用非常广泛，在各种知识竞赛场合，都需要根据选手答题情况，给出实时、准确、快速、公正的评断。该抢答器设计用PLC 完成，完成了外围的硬件电路设计。它的控制性能稳定，反应迅速，而且后期维修起来也方便。后期可通过所选择的PLC 型号，编写正确的梯形图程序，实现相关仿真。

［1］俞国亮.PLC 原理与应用［M］.北京：清华大学出版社，2009：22－56.

［2］张丽芙.PLC 自动控制综合实验系统的开发与实践［J］.张家口职业技术学院学报，2007(4) ：83－84.

［3］孙振强，王晖，孙玉峰.可编程控制器原理及应用教程［M］.北京：清华大学出版社，2008：56－66.

［4］谢克明，夏路易.可编程控制器原理与程序设计［M］.北京：电子工业出版社，2005：28－50.

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