基于S7—200PLC七人智能搶答器

翟海祥++樊繼++周雪飛++李波

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.25.041

摘 要：隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，競賽場所對搶答器各個(gè)方面的需求都有所增加，尤其在涉及到智能答題環(huán)節(jié)。在競賽中往往會(huì)涉及到公平、公正等問題，傳統(tǒng)的表決方式已經(jīng)不能滿足當(dāng)今賽場的需要，使得比賽持續(xù)高效進(jìn)行。近年來，出現(xiàn)的搶答器大多功能單一，人為干涉多，容易出現(xiàn)混亂，且缺少必要的智能步驟。智能搶答器是以西門子PLC/S7-200/CPU224RLY為主控，以共陰極數(shù)碼管顯示參賽選手是否搶中每輪答題機(jī)會(huì)，以語音提示作為選手執(zhí)行操作答題依據(jù)，同時(shí)通過程序控制選手答題時(shí)間和是否復(fù)位到初始狀態(tài)。本文根據(jù)實(shí)際生活中競賽規(guī)則，增加了復(fù)位初始化、語音提示以及答題時(shí)間，嚴(yán)格控制智能調(diào)節(jié)步驟，使得競賽更加公平、公正，并且具有運(yùn)行穩(wěn)定、使用方便、可控等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：S7-200 智能搶答 數(shù)碼顯示 PLC 語音提示

中圖分類號：TN40 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）09（a）-0041-03

如今市面上大多以單片機(jī)為主控，進(jìn)行搶答器的設(shè)計(jì)，然而對于單片機(jī)之類的微電設(shè)備，由于不能持續(xù)穩(wěn)定工作，往往不是搶答器的首選。因此，市面上開始出現(xiàn)以PLC為主控的搶答器，但傳統(tǒng)的以PLC為主控的搶答器，在競賽場上，缺乏靈活性，人為干涉多，不利于競賽持續(xù)高效地進(jìn)行。本設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)搶答器的優(yōu)勢基礎(chǔ)上，加以改進(jìn)，彌補(bǔ)傳統(tǒng)搶答器的不足，同時(shí)加入必要的自動(dòng)復(fù)位和語音提醒步驟，使得比賽能夠更加嚴(yán)格、有條不紊地進(jìn)行，從而體現(xiàn)出競賽的公平、公正、高效和智能的特點(diǎn)。

本文以賽場搶答的真實(shí)狀況，基于西門子S7-200PLC，研制了7人智能搶答器，其具有可自行復(fù)位，外加數(shù)碼顯示、語音提示及選手答題時(shí)間嚴(yán)格控制的特點(diǎn)。

1 系統(tǒng)總體框架

在競賽場上，主持人控制著搶答器的開啟、復(fù)位以及中止，根據(jù)工作場地實(shí)際狀況，正確安放數(shù)碼顯示管和語音提示器位置；在每位參賽選手面前，都設(shè)置有搶答按鈕，與參賽選手號碼顯示一一對應(yīng)，通過選手按下按鈕，進(jìn)行輸出端高低電平控制，從而控制數(shù)碼管顯示。當(dāng)主持人按下啟動(dòng)按鈕，程序開始運(yùn)行，進(jìn)行一次初始化復(fù)位，經(jīng)過10s延時(shí)后，語音播放器開始響應(yīng)，進(jìn)行語音輸出，參賽選手根據(jù)語音提示進(jìn)行相應(yīng)的操作，語音結(jié)束后，選手即可及時(shí)搶答。參賽選手第一個(gè)按下?lián)尨鸢粹o后，其他選手的搶答按鈕就會(huì)被置位[1]，而不能再次進(jìn)行搶答，即此輪搶答結(jié)束。當(dāng)數(shù)碼顯示上出現(xiàn)參賽選手號碼時(shí)，表明該選手搶答成功。此時(shí)，該選手即可對主持人給出的問題進(jìn)行回答，為時(shí)是2min，具體時(shí)間可以根據(jù)比賽場所要求的不同，對系統(tǒng)的程序進(jìn)行相應(yīng)的修改。當(dāng)回答設(shè)置的時(shí)間到達(dá)后，結(jié)束語音提醒播放器進(jìn)行輸出，提示選手，答題時(shí)間到，同時(shí)數(shù)碼管復(fù)位到初始化“0”狀態(tài)。假如一輪比賽中，沒有參賽選手進(jìn)行搶答，2min后，語音也會(huì)輸出，同時(shí)復(fù)位到初始化狀態(tài)，裝備下一輪比賽。在執(zhí)行過程中，主持人可以隨時(shí)中斷程序，進(jìn)行強(qiáng)制復(fù)位操作。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 主控選取

根據(jù)實(shí)際I/O點(diǎn)個(gè)數(shù)分配情況，本文采用西門子S7-200/CPU224/AC/DC/RLY為搶答器主控，該主控有14個(gè)輸入，10個(gè)輸出，且為繼電器輸出型，輸出電壓調(diào)節(jié)范圍0～220V，輸入端端子電壓為24V，可為輸入按鈕提供內(nèi)接電源。由于本文采用的是數(shù)碼顯示，語音輸出模塊，屬于微電輸入輸出，接入電壓較低，一般為0～5v，在本文中負(fù)載輸出端外接3～6V，即對外接設(shè)備采用較低電壓。

2.2 數(shù)碼顯示

7段數(shù)碼管與現(xiàn)實(shí)代碼有雙排共10段接線引腳，可以顯示8段不同區(qū)域的亮度，由于是用于選手號碼的顯示，因此，本文中未使用數(shù)碼管“h”所在段的二極管。由數(shù)碼管的特性可知，在單個(gè)數(shù)碼管中可以顯示0～9，十六進(jìn)制A～F。為了方便控制輸出端對數(shù)碼管的控制，本文采用共陰極數(shù)碼管[2]，通過控制輸出端電平的高低，顯示出相應(yīng)的數(shù)字。通過控制主控的輸出端子得電進(jìn)行對搶答選手號碼進(jìn)行顯示。

2.3 I/O端口分配

根據(jù)實(shí)際工作狀況，本文用到西門子S7-200/CPU224的8個(gè)輸入端I0.0～I(xiàn)0.7，輸出端用到10個(gè)，Q0.0～Q0.7、Q1.0、Q1.1。其中I0.0是主持人所控制的輸入端子，I0.1～I(xiàn)0.7，是1～7號參賽選手面前相應(yīng)的搶答輸入端子，其中SB0是程序執(zhí)行的總開關(guān)，當(dāng)主持人按下SB0，搶答器即可開始正常工作，I0.1～I(xiàn)0.7是參賽選手面前的搶答按鈕對應(yīng)的開關(guān)，參賽選手按下相應(yīng)的開關(guān)按鈕既可以進(jìn)行答題搶答，輸入/輸出I/O[3]端子接線圖如圖1所示。

3 執(zhí)行流程

3.1 執(zhí)行說明

當(dāng)主持人按下輸入按鈕SB0，輸入端I0.0就會(huì)接通，輸出端Q0.7就會(huì)響應(yīng)，接通外接設(shè)備，輸出端連接的是一個(gè)語音播放器，一旦得到高電平，語音播放器就會(huì)發(fā)出“選手做準(zhǔn)備”的語音指令，此時(shí)參賽選手即可迅速開始，做好搶答。在程序中，通過設(shè)定延時(shí)繼電器，2s后，延時(shí)繼電器接通，輸出端Q1.0變?yōu)楦唠娖?，輸出端所接的另一個(gè)語音播放器就會(huì)發(fā)出“選手開始答題”的語音指令，同樣，選手應(yīng)當(dāng)及時(shí)做好答題開始準(zhǔn)備。輸出端Q0.0～Q0.6接在數(shù)碼的對應(yīng)引腳上，通過輸出端的高低電平進(jìn)行輸出輸出，根據(jù)共陰極數(shù)碼管的數(shù)碼顯示特性，參賽選手通過搶先按下面前的搶答按鈕，數(shù)碼管上即可出現(xiàn)相應(yīng)的數(shù)字，表示該選手本次搶到答題的機(jī)會(huì)。不管是否有人答題，通過延時(shí)繼電器計(jì)時(shí)，2min后，輸出端Q1.1得電，此時(shí)，所接語音播放器發(fā)出“選手停止答題”的指令，同時(shí)搶答器復(fù)位到初始狀態(tài)，進(jìn)行下一輪答題。系統(tǒng)程序流程圖如圖2所示。

3.2 接線調(diào)試

根據(jù)PLC接線方法和共陰極數(shù)碼管以及語音播放器的接線特點(diǎn)進(jìn)行正確接線，可以得到如圖3所示的整體系統(tǒng)接線圖。下載程序，執(zhí)行程序，按下按鈕SB0程序開始執(zhí)行，根據(jù)語音提示，模擬選手搶答情況，可以實(shí)現(xiàn)每輪只能最多一人答題的情況，同時(shí)，延時(shí)2min后，自動(dòng)回到初始“0”狀態(tài)，為下一輪程序執(zhí)行和選手答題做準(zhǔn)備。

通過實(shí)際連線和現(xiàn)場調(diào)試[4]發(fā)現(xiàn)，執(zhí)行情況與實(shí)驗(yàn)預(yù)想結(jié)果一致，證明實(shí)驗(yàn)成功。

4 結(jié)語

本文介紹了一種基于西門子PLC/S7-200/CPU224/AC/DC/RLY為主控，通過輸入按鈕SB0控制輸入端子I0.0進(jìn)而控制系統(tǒng)的啟停；通過SB1～SB6控制輸入端的選入，進(jìn)而通過Q0.0～Q0.6控制輸出端的高低電平，用數(shù)碼管顯示參賽選手選中號碼；通過輸出端Q0.7～Q1.1這3個(gè)輸出端子語音輸出器作為答題指示命令，可以保證賽場答題正常進(jìn)行。同時(shí)，通過程序的設(shè)定，進(jìn)行選手搶答的互相獨(dú)立進(jìn)行，即每輪比賽在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)最多只有一位選手可以進(jìn)行答題。本文亮點(diǎn)在于通過延時(shí)繼電器嚴(yán)格控制每輪比賽的時(shí)間，并且每輪比賽的時(shí)間根據(jù)需要可以在程序中進(jìn)行修改，一旦延時(shí)時(shí)間到達(dá)，已選選手就要停止答題，或無人答題，延時(shí)時(shí)間到，搶答器也需要自動(dòng)復(fù)位到初始狀態(tài)，為下一輪選手答題做好準(zhǔn)備。這種組合使得搶答器工作比較穩(wěn)定，廣泛應(yīng)用于各大賽場，提高了競賽的公平性和效率，適于推廣。

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