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：隨著現代社會的發展，競賽場所對搶答器各個方面的需求都有所增加，尤其在涉及到智能答題環節。在競賽中往往會涉及到公平、公正等問題，傳統的表決方式已經不能滿足當今賽場的需要，使得比賽持續高效進行。近年來，出現的搶答器大多功能單一，人為干涉多，容易出現混亂，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，以共陰極數碼管顯示參賽選手是否搶中每輪答題機會，以語音提示作為選手執行操作答題依據，同時通過程序控制選手答題時間和是否復位到初始狀態。本文根據實際生活中競賽規則，增加了復位初始化、語音提示以及答題時間，嚴格控制智能調節步驟，使得競賽更加公平、公正，并且具有運行穩定、使用方便、可控等優點。

關鍵詞：S7-200 智能搶答 數碼顯示 PLC 語音提示

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

如今市面上大多以單片機為主控，進行搶答器的設計，然而對于單片機之類的微電設備，由于不能持續穩定工作，往往不是搶答器的首選。因此，市面上開始出現以PLC為主控的搶答器，但傳統的以PLC為主控的搶答器，在競賽場上，缺乏靈活性，人為干涉多，不利于競賽持續高效地進行。本設計在傳統搶答器的優勢基礎上，加以改進，彌補傳統搶答器的不足，同時加入必要的自動復位和語音提醒步驟，使得比賽能夠更加嚴格、有條不紊地進行，從而體現出競賽的公平、公正、高效和智能的特點。

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

1 系統總體框架

在競賽場上，主持人控制著搶答器的開啟、復位以及中止，根據工作場地實際狀況，正確安放數碼顯示管和語音提示器位置；在每位參賽選手面前，都設置有搶答按鈕，與參賽選手號碼顯示一一對應，通過選手按下按鈕，進行輸出端高低電平控制，從而控制數碼管顯示。當主持人按下啟動按鈕，程序開始運行，進行一次初始化復位，經過10s延時后，語音播放器開始響應，進行語音輸出，參賽選手根據語音提示進行相應的操作，語音結束后，選手即可及時搶答。參賽選手第一個按下搶答按鈕后，其他選手的搶答按鈕就會被置位[1]，而不能再次進行搶答，即此輪搶答結束。當數碼顯示上出現參賽選手號碼時，表明該選手搶答成功。此時，該選手即可對主持人給出的問題進行回答，為時是2min，具體時間可以根據比賽場所要求的不同，對系統的程序進行相應的修改。當回答設置的時間到達后，結束語音提醒播放器進行輸出，提示選手，答題時間到，同時數碼管復位到初始化“0”狀態。假如一輪比賽中，沒有參賽選手進行搶答，2min后，語音也會輸出，同時復位到初始化狀態，裝備下一輪比賽。在執行過程中，主持人可以隨時中斷程序，進行強制復位操作。

2 系統硬件設計

2.1 主控選取

根據實際I/O點個數分配情況，本文采用西門子S7-200/CPU224/AC/DC/RLY為搶答器主控，該主控有14個輸入，10個輸出，且為繼電器輸出型，輸出電壓調節范圍0～220V，輸入端端子電壓為24V，可為輸入按鈕提供內接電源。由于本文采用的是數碼顯示，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，在本文中負載輸出端外接3～6V，即對外接設備采用較低電壓。

2.2 數碼顯示

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

2.3 I/O端口分配

根據實際工作狀況，本文用到西門子S7-200/CPU224的8個輸入端I0.0～I0.7，輸出端用到10個，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～I0.7，是1～7號參賽選手面前相應的搶答輸入端子，其中SB0是程序執行的總開關，當主持人按下SB0，搶答器即可開始正常工作，I0.1～I0.7是參賽選手面前的搶答按鈕對應的開關，參賽選手按下相應的開關按鈕既可以進行答題搶答，輸入/輸出I/O[3]端子接線圖如圖1所示。

3 執行流程

3.1 執行說明

當主持人按下輸入按鈕SB0，輸入端I0.0就會接通，輸出端Q0.7就會響應，接通外接設備，輸出端連接的是一個語音播放器，一旦得到高電平，語音播放器就會發出“選手做準備”的語音指令，此時參賽選手即可迅速開始，做好搶答。在程序中，通過設定延時繼電器，2s后，延時繼電器接通，輸出端Q1.0變為高電平，輸出端所接的另一個語音播放器就會發出“選手開始答題”的語音指令，同樣，選手應當及時做好答題開始準備。輸出端Q0.0～Q0.6接在數碼的對應引腳上，通過輸出端的高低電平進行輸出輸出，根據共陰極數碼管的數碼顯示特性，參賽選手通過搶先按下面前的搶答按鈕，數碼管上即可出現相應的數字，表示該選手本次搶到答題的機會。不管是否有人答題，通過延時繼電器計時，2min后，輸出端Q1.1得電，此時，所接語音播放器發出“選手停止答題”的指令，同時搶答器復位到初始狀態，進行下一輪答題。系統程序流程圖如圖2所示。

3.2 接線調試

根據PLC接線方法和共陰極數碼管以及語音播放器的接線特點進行正確接線，可以得到如圖3所示的整體系統接線圖。下載程序，執行程序，按下按鈕SB0程序開始執行，根據語音提示，模擬選手搶答情況，可以實現每輪只能最多一人答題的情況，同時，延時2min后，自動回到初始“0”狀態，為下一輪程序執行和選手答題做準備。

通過實際連線和現場調試[4]發現，執行情況與實驗預想結果一致，證明實驗成功。

4 結語

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進而控制系統的啟停；通過SB1～SB6控制輸入端的選入，進而通過Q0.0～Q0.6控制輸出端的高低電平，用數碼管顯示參賽選手選中號碼；通過輸出端Q0.7～Q1.1這3個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行。同時，通過程序的設定，進行選手搶答的互相獨立進行，即每輪比賽在規定的時間內最多只有一位選手可以進行答題。本文亮點在于通過延時繼電器嚴格控制每輪比賽的時間，并且每輪比賽的時間根據需要可以在程序中進行修改，一旦延時時間到達，已選選手就要停止答題，或無人答題，延時時間到，搶答器也需要自動復位到初始狀態，為下一輪選手答題做好準備。這種組合使得搶答器工作比較穩定，廣泛應用于各大賽場，提高了競賽的公平性和效率，適于推廣。

參考文獻

[1] 尤向陽.零起點超快學PLC技術[M].北京：化學工業出版社，2016：62-63.

[2] 宗素蘭，李文藝，張翠俠，等.單片機系統中的數碼管秒表仿真研究[J].安陽師范學院學報，2016（5）：99-101.

[3] 陳忠平，侯玉寶，李燕.西門子S7-200 PLC從入門到精通[M].北京：中國電力出版社，2015：22-24.

[4] 趙景波，阿倫，鞏雪.零基礎學西門子S7-200 PLC[M].2版.北京：機械工業出版社，2013：169-171.endprint