课程设计-基于西门子S7-200PLC的抢答器

自动化综合课程设计题目基于PLC的智能抢答器二级学院电子信息与自动化学院专业自动化班级111070102指导教师杨佳学生姓名学号设计50分平时成绩20分答辩30分目录摘要.......................................................21概述........................................................31.1题目的意义................................................31.2小组成员分工情况...........................................31.3系统主要功能..............................................32方案设计....................................................32.1备选方案..................................................32.2方案分析..................................................33工作原理....................................................33.1可编程逻辑控制器...........................................33.2CD4511简介...............................................54具体方案设计................................................64.1系统流程图................................................64.2硬件接线图................................................74.3I/O口分配.................................................85软件设计及各模块程序介绍............................................85.1主持人开始模块............................................85.2参赛者抢答模块............................................85.3数码管显示模块...........................................105.4声音输出模块.............................................115.5倒计时模块...............................................126原件清单...................................................137参考文献...................................................14摘要随着改革开放事业的不断深入，促使人们学知识，学技术，学科学的手段多种多样，抢答器作为一种工具，已广泛用于各种知识智力竞赛场合。智力竞赛是一种生动活泼的教育方式，而抢答是智力竞赛中非常常见的一种答题方式。抢答能引起参赛选手和观众的极大兴趣，并能在极短时间内使人们掌握科学知识，和生活常识。但是，在这类比赛中，对于谁先谁后抢答，在何时抢答，如何计算答题时间等等问题，若是凭主持人的主观判断，就很容易出现误判。所以，我们就需要一种具备自动锁存，置位，清零等功能智能抢答器来解决这些问题。利用本次设计出的电路制造成的定时抢答器，即可轻松实现在7人或7个代表队之间进行的抢答比赛中进行控制，使得这一活动更加趣味、公平。相比于利用单片机，利用PLC控制的抢答器提高了系统的稳定性，保证抢答器能够长期稳定运行。设计要求：几个选手，谁先按下自己手中的按钮，LED显示器SM就会显示相对应的选手号码。声控切换按钮和启动抢答开始按钮具有互锁功能，当声控切换按钮开启之后，开始按钮于无效状态，防止主持人在没说“开始”之前就误按了启动抢答按钮。抢答器可以进行20秒倒计时，选手必须在20秒之内进行抢答，几个选手，谁先按下自己手中的按钮，LED显示器SM就会显示相对应的选手号码，如果20秒还没有人抢答，那么抢答器自锁，本次抢答无效，按下复位按钮后可继续抢答。关键词：PLC；抢答器；数码管显示，声音提示1、概述1.1题目的意义本组在规定的时间完成了我们的课程设计，通过这次设计我们了解并掌握了西门子S7-200的基本编程，熟悉了西门子PLC的工作流程，我们还深深地体会到团队合作的优势，这将对我们以后的工作产生积极的影响。1.2小组成员分工情况在完成此次的课程设计过程中，小组成员均积极参加，为设计的最终成功提出了很多建设性的建议，具体的分工情况如下：秦胜祥，主要负责前期方案选取，程序编程，硬件的设计焊接，报告的编写。王昱棋，主要负责资料的查找，硬件的焊接，报告的辅助编写。谯茗之，负责原件的购买，以及资料的查找。陈思铭，负责原件的购买，以及资料的查找。1.3系统的主要功能我们小组做的项目是基于PLC的七路智能抢答器，主要实现以下功能：用于七人的竞赛抢答，所以有七个抢答按钮，还有一个主持人开始按钮和一个主持人复位按钮。当主持人按下抢答按钮后，开始抢答，七人中，谁先按按钮，谁就有资格回答问题，其他人抢答无效，同时，该选手对应的指示灯亮，数码管显示选手编号。在主持人按下开始按钮后，数码管显示二十，同时进行二十秒倒计时，每过一秒，数码管上的数值减一，并且蜂鸣器叫一声，计时结束后，一切抢答都无效。2、方案设计2.1备选方案方案一：通过单片机来实现抢答器的功能方案二：通过西门子PLC来实现抢答器的功能2.2方案分析与选择通过小组讨论，我们最终选择了方案二，因为我们认为PLC比单片机更加稳定，而且PLC的编程比较简单易懂，但是在方案二中，我们在数码管显示方面又有两种不同方案，一种是通过输出直接驱动数码管，另一种是通过CD4511译码显示数据，相比于前者，后者需要更少的输出端口，故，我们选择了后者。3、工作原理3.1可编程逻辑控制器PLCPLC简介：PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置，它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC具有体积小、结构简单、操作方便、可靠性好等特点。PLC的工作原理：PLC的工作原理与计算机的工作原理基本是一致的，可以简单地表述为在系统程序的管理下，通过运行应用程序完成用户任务。PLC通电后，首先对硬件和软件作一些初始化操作，初始化反复不停地分阶段处理各种不同的任务，如下图：PLC的循环扫描工作：对每个程序，CPU从第一条指令开始执行，按指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。PLC的扫描全过程如图2所示图2PLC的扫描全过程PLC的硬件主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口、电源等几部分组成。其中，CPU是PLC的核心；输入单元/输出单元是CPU与现场输入/输出设备之间的接口电路；通信接口用于连接编程读取输入执行用户程序处理通信要求自诊断检查改写输出RUN状态读取输入处理通信要求自诊断检查改写输出STOP状态图1各阶段处理任务器、上位计算机等外部设备，其硬件构成图如图3图3PLC硬件组成PLC为用户提供了完善的编程语言来满足编制用户程序要求。它提供的编程语言通常有以下5种：梯形图（LAD）、语句表（STL）、顺序功能图（SFC）、功能块图（FBD）和结构文本（ST）。3.2CD4511简介CD4511是一片CMOSBCD—锁存/7段译码/驱动器，用于驱动共阴极LED（数码管）显示器的BCD码—七段码译码器。其管脚图是图4，真值表如图5。图4CD4511管脚分布管脚功能A0~A3：二进制数据输入端/BI：输出消隐控制端LE：数据锁定控制端/LT：灯测试端Ya~Yg：数据输出端VDD：电源正VSS：电源负在本实验中，用两片CD4511驱动两个共阴极数码管，一个显示十位一个显示各位图5CD4511真值表4、具体方案设计4.1系统流程图图6系统流程图4.2硬件接线图4.3I/O口分配I0.0选手1抢答按钮I0.1选手2抢答按钮I0.2选手3抢答按钮I0.3选手4抢答按钮I0.4选手5抢答按钮I0.5选手6抢答按钮I0.6选手7抢答按钮I0.7主持人开始按钮I1.1主持人复位按钮表1输入口分配Q0.0选手1指示灯Q1.0驱动第一块CD4511Q0.1选手2指示灯Q1.1驱动第一块CD4511Q0.2选手3指示灯Q1.2驱动第一块CD4511Q0.3选手4指示灯Q1.3驱动第一块CD4511Q0.4选手5指示灯Q1.4驱动第二块CD4511Q0.5选手6指示灯Q1.5驱动第二块CD4511Q0.6选手7指示灯Q1.6驱动第二块CD4511Q0.7蜂鸣器Q1.7驱动第二块CD4511表2输出口分配5、软件设计及各模块程序介绍5.1主持人开始模块，主持人按下开始后参赛者才能开始抢答5.2参赛者抢答模块，首先按下抢答按钮的参赛者对应的LED灯亮5.3数码管显示模块5.4声音输出模块：在倒计时20秒时，每一秒响一次，声音结束后，不能再抢答5.5倒计时模块。6原件清单原件名称单位数量按键个10发光二极管个8共阴极数码换个2CD4511个216PIE座个22.2K电阻个50排阻个1杜邦线条409*15单锡板块1蜂鸣器个17参考文献【1】《西门子S7200PLC工程应用技术教程》机械工业出版社姜建芳【2】《深入浅出西门子s7200PLC第三版》北京航空航天大学出版社蔡行健【3】王兆安，电力电子技术.北京：机械工业出版社，2007.2【4】郭戌生，古天祥，陆玉心，张世箕，电子仪器原理，北京：国防工业出版社，19898心得体会秦胜祥：两个星期前，我选择了“基于PLC的智能抢答器”作为我们组的课程设计。接到任务的第一时间我就感到了自己的责任重大，不只是因为作为组长肩负着团队的使命，还因为自己的原因：大学中没有锻炼自己的动手能力，基本没有参加过一些动手竞赛，我迫切需要一次机会担任一次设计主力军，亲自动手。只有这样，我的大学电子人生才不会留下遗憾。我想，通过这次的课程设计我有以下感悟：不要指望大神，自己动手才是最保险，最万无一失的。在我的这个课程设计中，我需要接两个数码管来显示余额，我不知道到底该结多大的限流电阻，最开始我草草地计算了一下，大概需要2000欧，但是又不太相信自己，于是去问电气的一个大神（他曾经做过一个基于欧姆龙的电梯控制系统，里面也用过数码管），他说他用的电阻是500欧，当时我就采用了500欧，结果后来接到实物上面时，500欧的电阻就烧了，改用两千欧的电阻就能正常工作（后来问他，原来他接的电压是5V，而我们的是24V）不要想着怎么怎么偷懒。最开始我们驱动数码管直接用的是SEG指令，这样做的好处就是方便，是一个偷懒的好方法，但是这样的缺点就是需要的输出口太多。后来在连实物的时候，输出端口不够，而且无法扩展。我们被迫用CD4511来译码输出，这样就能节省一半端口。如果当时我们不想着偷懒，早一点用CD4511就不会快到要交作品的时候还在思考如何用CD4511译码输出显示余额。任何时候都不能忘了团队协作。我们前后总共做了两块板子，第一块是自己焊的，由于是自己独自焊的，所以特别杂乱，在焊第二块板子时，