基于S7—200PLC七人智能抢答器

翟海祥++樊继++周雪飞++李波

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.25.041

摘 要：随着现代社会的发展，竞赛场所对抢答器各个方面的需求都有所增加，尤其在涉及到智能答题环节。在竞赛中往往会涉及到公平、公正等问题，传统的表决方式已经不能满足当今赛场的需要，使得比赛持续高效进行。近年来，出现的抢答器大多功能单一，人为干涉多，容易出现混乱，且缺少必要的智能步骤。智能抢答器是以西门子PLC/S7-200/CPU224RLY为主控，以共阴极数码管显示参赛选手是否抢中每轮答题机会，以语音提示作为选手执行操作答题依据，同时通过程序控制选手答题时间和是否复位到初始状态。本文根据实际生活中竞赛规则，增加了复位初始化、语音提示以及答题时间，严格控制智能调节步骤，使得竞赛更加公平、公正，并且具有运行稳定、使用方便、可控等优点。

关键词：S7-200 智能抢答 数码显示 PLC 语音提示

中图分类号：TN40 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）09（a）-0041-03

如今市面上大多以单片机为主控，进行抢答器的设计，然而对于单片机之类的微电设备，由于不能持续稳定工作，往往不是抢答器的首选。因此，市面上开始出现以PLC为主控的抢答器，但传统的以PLC为主控的抢答器，在竞赛场上，缺乏灵活性，人为干涉多，不利于竞赛持续高效地进行。本设计在传统抢答器的优势基础上，加以改进，弥补传统抢答器的不足，同时加入必要的自动复位和语音提醒步骤，使得比赛能够更加严格、有条不紊地进行，从而体现出竞赛的公平、公正、高效和智能的特点。

本文以赛场抢答的真实状况，基于西门子S7-200PLC，研制了7人智能抢答器，其具有可自行复位，外加数码显示、语音提示及选手答题时间严格控制的特点。

1 系统总体框架

在竞赛场上，主持人控制着抢答器的开启、复位以及中止，根据工作场地实际状况，正确安放数码显示管和语音提示器位置；在每位参赛选手面前，都设置有抢答按钮，与参赛选手号码显示一一对应，通过选手按下按钮，进行输出端高低电平控制，从而控制数码管显示。当主持人按下启动按钮，程序开始运行，进行一次初始化复位，经过10s延时后，语音播放器开始响应，进行语音输出，参赛选手根据语音提示进行相应的操作，语音结束后，选手即可及时抢答。参赛选手第一个按下抢答按钮后，其他选手的抢答按钮就会被置位[1]，而不能再次进行抢答，即此轮抢答结束。当数码显示上出现参赛选手号码时，表明该选手抢答成功。此时，该选手即可对主持人给出的问题进行回答，為时是2min，具体时间可以根据比赛场所要求的不同，对系统的程序进行相应的修改。当回答设置的时间到达后，结束语音提醒播放器进行输出，提示选手，答题时间到，同时数码管复位到初始化“0”状态。假如一轮比赛中，没有参赛选手进行抢答，2min后，语音也会输出，同时复位到初始化状态，装备下一轮比赛。在执行过程中，主持人可以随时中断程序，进行强制复位操作。

2 系统硬件设计

2.1 主控选取

根据实际I/O点个数分配情况，本文采用西门子S7-200/CPU224/AC/DC/RLY为抢答器主控，该主控有14个输入，10个输出，且为继电器输出型，输出电压调节范围0～220V，输入端端子电压为24V，可为输入按钮提供内接电源。由于本文采用的是数码显示，语音输出模块，属于微电输入输出，接入电压较低，一般为0～5v，在本文中负载输出端外接3～6V，即对外接设备采用较低电压。

2.2 数码显示

7段数码管与现实代码有双排共10段接线引脚，可以显示8段不同区域的亮度，由于是用于选手号码的显示，因此，本文中未使用数码管“h”所在段的二极管。由数码管的特性可知，在单个数码管中可以显示0～9，十六进制A～F。为了方便控制输出端对数码管的控制，本文采用共阴极数码管[2]，通过控制输出端电平的高低，显示出相应的数字。通过控制主控的输出端子得电进行对抢答选手号码进行显示。

2.3 I/O端口分配

根据实际工作状况，本文用到西门子S7-200/CPU224的8个输入端I0.0～I0.7，输出端用到10个，Q0.0～Q0.7、Q1.0、Q1.1。其中I0.0是主持人所控制的输入端子，I0.1～I0.7，是1～7号参赛选手面前相应的抢答输入端子，其中SB0是程序执行的总开关，当主持人按下SB0，抢答器即可开始正常工作，I0.1～I0.7是参赛选手面前的抢答按钮对应的开关，参赛选手按下相应的开关按钮既可以进行答题抢答，输入/输出I/O[3]端子接线图如图1所示。

3 执行流程

3.1 执行说明

当主持人按下输入按钮SB0，输入端I0.0就会接通，输出端Q0.7就会响应，接通外接设备，输出端连接的是一个语音播放器，一旦得到高电平，语音播放器就会发出“选手做准备”的语音指令，此时参赛选手即可迅速开始，做好抢答。在程序中，通过设定延时继电器，2s后，延时继电器接通，输出端Q1.0变为高电平，输出端所接的另一个语音播放器就会发出“选手开始答题”的语音指令，同样，选手应当及时做好答题开始准备。输出端Q0.0～Q0.6接在数码的对应引脚上，通过输出端的高低电平进行输出输出，根据共阴极数码管的数码显示特性，参赛选手通过抢先按下面前的抢答按钮，数码管上即可出现相应的数字，表示该选手本次抢到答题的机会。不管是否有人答题，通过延时继电器计时，2min后，输出端Q1.1得电，此时，所接语音播放器发出“选手停止答题”的指令，同时抢答器复位到初始状态，进行下一轮答题。系统程序流程图如图2所示。

3.2 接线调试

根据PLC接线方法和共阴极数码管以及语音播放器的接线特点进行正确接线，可以得到如图3所示的整体系统接线图。下载程序，执行程序，按下按钮SB0程序开始执行，根据语音提示，模拟选手抢答情况，可以实现每轮只能最多一人答题的情况，同时，延时2min后，自动回到初始“0”状态，为下一轮程序执行和选手答题做准备。

通过实际连线和现场调试[4]发现，执行情况与实验预想结果一致，证明实验成功。

4 结语

本文介绍了一种基于西门子PLC/S7-200/CPU224/AC/DC/RLY为主控，通过输入按钮SB0控制输入端子I0.0进而控制系统的启停；通过SB1～SB6控制输入端的选入，进而通过Q0.0～Q0.6控制输出端的高低电平，用数码管显示参赛选手选中号码；通过输出端Q0.7～Q1.1这3个输出端子语音输出器作为答题指示命令，可以保证赛场答题正常进行。同时，通过程序的设定，进行选手抢答的互相独立进行，即每轮比赛在规定的时间内最多只有一位选手可以进行答题。本文亮点在于通过延时继电器严格控制每轮比赛的时间，并且每轮比赛的时间根据需要可以在程序中进行修改，一旦延时时间到达，已选选手就要停止答题，或无人答题，延时时间到，抢答器也需要自动复位到初始状态，为下一轮选手答题做好准备。这种组合使得抢答器工作比较稳定，广泛应用于各大赛场，提高了竞赛的公平性和效率，适于推广。

参考文献

[1] 尤向阳.零起点超快学PLC技术[M].北京：化学工业出版社，2016：62-63.

[2] 宗素兰，李文艺，张翠侠，等.单片机系统中的数码管秒表仿真研究[J].安阳师范学院学报，2016（5）：99-101.

[3] 陈忠平，侯玉宝，李燕.西门子S7-200 PLC从入门到精通[M].北京：中国电力出版社，2015：22-24.

[4] 赵景波，阿伦，巩雪.零基础学西门子S7-200 PLC[M].2版.北京：机械工业出版社，2013：169-171.endprint