基于控制電器(繼電器)的搶答器設計

1、湖南科技大學信息與電氣工程學院礦山電器與控制 題 目：_搶答器電器控制電路設計_專 業(yè)： 自動化 班 級： 一班 姓 名： 學 號： 指導教師： 王靖 2015年 5 月 17 日論文要求一 控制要求 1 設計供10組參賽進行搶答的控制系統(tǒng)，有聲音提示。并設有答題時間控 制60s。n 2 參賽者只有在主持人按下開始搶答按鈕后再開始搶答才有效，否則按搶答 器按鈕或一直按住搶答器按鈕不放，均不起作用。n 3 每道答題在規(guī)定的時間內(nèi)60s完成，超時則自動取消答題資格，并報警一 聲。n 4 在搶答時顯示最先搶到的一組的組號，揚聲器響聲，其他組均被封鎖。n 5 答題完成后自動復位。二 報告要求 說明整個

2、系統(tǒng)的工作原理并畫出各部分電路圖。完成各個控制電器的選 型。具備良好的保護功能。摘要窗體底端我們?nèi)粘Ｉ钪校瑓⒓痈鞣N各樣的競賽時，或者在電視里都能看到各種各樣的搶答器。其實能夠?qū)崿F(xiàn)搶答功能的方式有很多種，可以采用前期的模擬電路，數(shù)字電路或模擬與數(shù)字電路相結合的方式，也可以用單片機，PLC等來實現(xiàn)搶答器的設計。本設計采用控制電器-繼電器實現(xiàn)10路搶答器的組成，設計思路，及功能。 本設計可供10組參賽選手進行搶答，參賽者只有在主持人按下開始搶答按鈕后再開始搶答才有效，否則按搶答器按鈕或一直按住搶答器按鈕不放，均不起作用。每道答題在規(guī)定的時間內(nèi)60s完成，超時則自動取消答題資格，并報警一聲。在搶答時

3、顯示最先搶到的一組的組號，揚聲器響聲，其他組均被封鎖。答題完成后自動復位。繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關”，故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。本設計采用10個繼電器實現(xiàn)搶答器功能，利用繼電器的常開觸點，常閉觸點來實現(xiàn)電路的接通和斷開，從而達到設計的目的。 關鍵詞：繼電器，搶答器目錄第一章 繼電器的發(fā)展與前景51.1繼電繼的發(fā)展歷程51.2繼電器的發(fā)展前景5第二章 繼電器的基本介紹62.1電磁繼電器的原理及組成62.2繼電器主要產(chǎn)品技術參數(shù)72.3

4、繼電器的選用7第三章：硬件系統(tǒng)的設計83.1系統(tǒng)控制要求83.2系統(tǒng)控制的思路8第四章 系統(tǒng)設計84.1元器件清單84.2搶答器電路圖9 4.2.1選手搶答電路94.2.2定時計數(shù)電路104.2.3主持人控制電路104.2.4 LED燈、喇叭電路104.3搶答器的制作步驟10第五章 總結與體會11第六章 優(yōu)缺點分析及改進125.1優(yōu)點分析125.2缺點分析及改進125.2.1缺點分析125.2.2 缺點改進12第七章 參考文獻13第1章 繼電器的發(fā)展與前景1.1繼電繼的發(fā)展歷程 它起源于20世紀60年代中后期，是在英國、澳大利亞和美國的一些學者的倡導下開始進行研究的。60年代中期，有人提出用小

5、型計算機實現(xiàn)繼電保護的設想，但是由于當時計算機的價格昂貴，同時也無法滿足高速繼電保護的技術要求，因此沒有在保護方面取得實際應用，計算機技術在70年代初期和中期出現(xiàn)了重大突破，大規(guī)模集成電路技術的飛速發(fā)展，使得微型處理器和微型計算機進入了實用階段。價格的大幅度下降，可靠性、運算速度的大幅度提高，促使計算機繼電保護的研究出現(xiàn)了垃圾。我國的微機保護研究起步于20世紀70年代末期、80年代初期，盡管起步晚，但是由于我國繼電保護工作者的努力，進展卻很快。經(jīng)過10年左右的奮斗，到了80年代末，計算機繼電保護，特別是輸電線路微機保護已達到了大量實用的程度。我國對計算機繼電保護的研究過程中，高等院校和科研院所

6、起著先導的作用。從70年代開始，華中理工大學、東南大學、華北電力學院、西安交通大力自動化研究院都相繼研制了不同原理、不同型式的微機保護裝置。1984年原華北電力學院研制的輸電線路微機保護裝置、南京電力自動化研究院研制的微機線路保護裝置也于1991年通過鑒定。天津大學與南京電力自動化設備廠合作研制的微機相電壓補償式方向高頻保護，西安交通大學與許昌繼電器廠合作研制的正序故障分量方向高頻保護也相繼于1993年、1996年通過鑒定。至因此到了90年代，我國繼電保護進入了微機時代。隨著微機保護裝置的研究，在微機保護軟件、算法等方面也取得了很多理論成果，并且應用于實際之中。 1.2繼電器的發(fā)展前

7、景 近年來，隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，作為基礎元件的繼電器被廣泛應用在家電、通信、汽車、儀器儀表、機器設備、航空航天等自動化控制領域。最近的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，在電子元件產(chǎn)品中，繼電器已經(jīng)成為第一大產(chǎn)品。  繼電器是自動化控制領域應用中的重要角色，近年來市場競爭日趨激烈，各個繼電器企業(yè)爭相推出最新款差異化的產(chǎn)品，使得繼電器已經(jīng)超出傳統(tǒng)意義上簡單的時域基礎元件的概念，尤其是高科技先進技術性能指標產(chǎn)品的出現(xiàn)，更給繼電器提供了一個廣闊的舞臺。  繼電器在我國發(fā)展還有很大的提升空間，主要表現(xiàn)在高端技術的繼電器還存在著空白。這讓我意識到發(fā)展與創(chuàng)新是一個產(chǎn)業(yè)以致一個企業(yè)或國家，一個民族欣欣

8、向榮的保證。 繼電器的逢勃發(fā)展讓我看到這片市場將來還要迅猛快速的發(fā)展。很感謝這次的選修課讓我有了一次視野開闊的機會，還讓我懂得了繼電器在我們生活中的應用以及其工作原理，和其中蘊含的巨大發(fā)展前景。第二章 繼電器的基本介紹2.1電磁繼電器的原理及組成 電磁繼電器是有觸點電磁電器的一種（如圖1），一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動

9、觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）釋放。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。在各種自動控制設備中，都要求用一個低壓電路控制一個高壓的電氣電路。這樣不僅可以為電子線路和電氣電路提供良好的電隔離，還可以保護電子電路和人員安全，而電磁繼電器一般有兩股電路，低壓控制電路和高壓工作電路。它利用電磁效應實現(xiàn)電路開、關控制作用，很好地實現(xiàn)了低壓控制高壓這一功能，因此廣泛應用在電子設備、儀器儀表及自動化設備中。 1) 電磁系統(tǒng)：即感應機構，由軟磁材料制成的鐵芯、軛鐵和銜鐵構成的磁 路系統(tǒng)和線圈組裝而成。通電就有磁性，也算是電磁繼電器最核心的部 分;(圖中1、2)2) 接觸系統(tǒng)：即執(zhí)行機構，由不同

10、形式的觸點簧片或用作觸點的接觸片以 一定的絕緣方式組裝而成。即決定哪塊電路通電的部分;(圖中3、4、5)3) 傳動和復原機構：即中間比較機構，實現(xiàn)繼電器動作的傳動機構是指當 線圈激勵時將銜鐵運動傳遞到觸點簧片上的機構。一般是由和銜鐵連接 在一起的觸點簧片直接傳動或通過銜鐵的運動間接地推動觸點簧片運 動。(圖中6)2.2繼電器主要產(chǎn)品技術參數(shù) 額定工作電壓：是指繼電器正常工作時線圈所需要的電壓，也就是控 制電路的控制電壓。根據(jù)繼電器的型號不同，可以是交流電壓，也可以 是直流電壓。 直流電阻：是指繼電器中線圈的直流電阻，可以通過萬能表測量。 吸合電流：是指繼電器能夠產(chǎn)生吸合動作的最小電流。在正常使

11、用時， 給定的電流必須略大于吸合電流，這樣繼電器才能穩(wěn)定地工作。而對于 線圈所加的工作電壓，一般不要超過額定工作電壓的1.5倍，否則會產(chǎn) 生較大的電流而把線圈燒毀。 釋放電流：是指繼電器產(chǎn)生釋放動作的最大電流。當繼電器吸合狀態(tài) 的電流減小到一定程度時，繼電器就會恢復到未通電的釋放狀態(tài)。這時 的電流遠遠小于吸合電流。 觸點切換電壓和電流：是指繼電器允許加載的電壓和電流。它決定 了繼電器能控制電壓和電流的大小，使用時不能超過此值，否則很容易 損壞繼電器的觸點。 2.3繼電器的選用 1.先了解必要的條件：控制電路的電源電壓，能提供的最大電流；被控制電路中的電壓和電流；被控電路需要幾組、什么

12、形式的觸點。選用繼電器時，一般控制電路的電 源電壓可作為選用的依據(jù)?？刂齐娐窇芙o繼電器提供足夠的工作電流， 否則繼電器吸合是不穩(wěn)定的。 2.查閱有關資料確定使用條件后，可查找相關資料，找出需要的繼電器的型號和規(guī)格號。若手頭已有繼電器，可依據(jù)資料核對是否可以利用。最后考慮尺寸是否合適。 3.注意器具的容積。若是用于一般用電器，除考慮機箱容積外，小型繼電器 主要考慮電路板安裝布局。對于小型電器，如玩具、遙控裝置則應選用超小型繼電器產(chǎn)品。 4.本次設計選擇中間繼電器 MY2N-J 220V。 第三章：硬件系統(tǒng)的設計3.1系統(tǒng)控制要求 本系統(tǒng)的控制要求如下： 1 設計供10組參賽進行搶答的控制系統(tǒng)，

13、有聲音提示。并設有答題時間 控制60s。n 2 參賽者只有在主持人按下開始搶答按鈕后再開始搶答才有效，否則按搶答 器按鈕或一直按住搶答器按鈕不放，均不起作用。n 3 每道答題在規(guī)定的時間內(nèi)60s完成，超時則自動取消答題資格，并報警一 聲。n 4 在搶答時顯示最先搶到的一組的組號，揚聲器響聲，其他組均被封鎖。n 5 答題完成后自動復位。3.2系統(tǒng)控制的思路主持人按鈕采用聯(lián)動的開關SB2，主持人按下SB2后，十位選手開始搶答，十位參賽選手的按鍵用常開觸點SB0-SB9表示，任意一位選手搶題成功，則相應的LED亮，KA1閉合使得喇叭響，同時KT1開始計時，若計時60s到，則系統(tǒng)復位，喇叭響；另一方面

14、，通過KA1使得常閉觸點KA1斷開，其他選手再搶答時，已不可能接通，從而無法搶答。第四章 系統(tǒng)設計4.1元器件清單元器件型號數(shù)量LED燈220V10個繼電器220V12個熱繼電器220V2個時間繼電器220V，60s1個常開觸點220V11個常閉觸點220V1個4.2搶答器電路圖 4.2.1選手搶答電路 4.2.2定時計數(shù)電路 4.2.3主持人控制電路 4.2.4 LED燈、喇叭電路 4.3搶答器的制作步驟 在設計一個電路系統(tǒng)時，首先必須明確系統(tǒng)的設計任務，根據(jù)任務進行方案選擇，然后對方案中的各部分進行單元電路的設計，器件選擇，最后對各部分分析，畫出一個符合設計要求的完整系統(tǒng)電路圖。 設計過程

15、是知識的綜合應用過程，包括對現(xiàn)有產(chǎn)品的分析，對元器件的應 用及對電路結構設計的完善。包括明確系統(tǒng)的設計要求，方案選擇，電源電路的 設計和器件選擇，電路圖的繪制，以及電路方案的試驗等。 主要制作步驟如下： （1）工作臺的整理和電工工具的準備； （2）元器件的選擇與檢測：繼電器、熔斷器、按鈕、變壓器、LED燈； （3）導線的選擇：規(guī)格、顏色、長短等； （4）元器件的正確安裝； （5）按電氣原理圖進行正確接線。第五章 總結與體會本搶答器系統(tǒng)雖是針對十路參賽選手設計的，但通過原理分析可知，如果對外圍電路及程序稍加修改，就很容易使之擴展成更多路的搶答器。知識競賽的一個最重要的硬件設備就是搶答器。以往企業(yè)

16、自己搞知識競賽，都是主持人讀題，觀眾選手得安靜仔細聽題目，有條件的花上萬元買個電子搶答器，算是給知識競賽賽場添彩了。大多依靠主持人發(fā)揮水平，選手和觀眾渴望的類似電視臺的節(jié)目效果難以實現(xiàn)。與電視播放的那些競賽場面對照選手坐在顯示器前答題，觀眾看著大屏幕顯示題目和答案，大屏幕有搶答顯示計分排行等，絢麗的畫面有節(jié)奏的音樂差距很大，但這些都不是電視臺的專利，利用基于繼電器的搶答器，用戶自己就可以實現(xiàn)這樣的視覺效果。通過這次繼電器程序設計的課程設計和測試，我學到了很多。通過對該課題的了解，收集資料，研究其可行性，前期做了很多準備工作，查看了很多資料，但這都是值得的，為后面程序的編寫和調(diào)試打下了基礎，不斷

17、加深了對電路的了解，比如對各電路器件（如：熱繼電器、熔斷器，電路設計等）及原理有了更深一層次的認識，既增強了我的理解能力,也使我能更好的運用所學的知識。雖然都是一些已經(jīng)學習過的知識，但結合起來還是有一定的難度。同時，在此次設計中，我也發(fā)現(xiàn)了自己的不足，如缺乏耐心，動手能力差等等。對于該設計有些許地方仍然需要改進。第六章 優(yōu)缺點分析及改進5.1優(yōu)點分析 本設計完全采用硬件電路實施控制，省去了軟件編程所帶來的一系列設計步驟，如結構框圖，梯形圖，上機調(diào)試等等。易于制成簡便的實物模塊，能夠獨立銷售，用戶使用方便。5.2缺點分析及改進 5.2.1缺點分析硬件電路連接復雜，不利于安裝調(diào)試。電路設計過程繁瑣，電路圖不直觀，可讀性不強。完全采用硬件電路設計，制作和維修成本大，故障發(fā)生率高，不如采用 PLC的軟硬件結合的穩(wěn)定。 5