维普资讯 http://www.cqvip.com ２００８年第１期 （总第１０１期） 大众科技 ＤＡＺＨＯＮＧ ＫＥ Ｊ Ｎｏ．１，２００８ （Ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｌｙ Ｎｏ．１ ０１） 用ＰＬＣ程序设计的八路抢答器 胡育林 （浙江省宁海县技工学校，浙江宁海３１５６００） 【摘要】文章介绍一种利用日本三菱公司生产的ＦＸ２Ｎ－３２ＭＲ型ＰＬＣ作为核心控制器的八路抢答器系统，并且给出了系 统结构图、程序指令、梯形图以及输入输出端子的分配方案。 【关键词】ＰＬＣ；抢答器；梯形图；程序；设计 【中图分类号】ＴＭ５７１ ６ 【文献标识码】Ａ 【文章编号】１００８—１１５１（２００８）０１—００５２—０３ （一）引言 在学校里经常会举办各种各样的智力竞赛，都会用到抢 答器。目前市场上已有很多类型的竞赛抢答器，但其中绝大 多数是早期设计的，采用模拟电路、数字电路或者模数混合 电路的产品。这些抢答器已相当成熟，但是随着功能增多， Ｆ Ａ Ｂ Ｇ 电路也越复杂，并且成本偏高，故障率高，显示方式简单或 者没有，无法准确判断抢按按钮的行为，也不便于参数调节 及功能的升级换代。近年来随着科技的飞速发展，单片机、 ＰＬＣ的应用正在不断地走向深入，同时带动传统的控制检测技 Ｅ Ｃ Ｄ ●Ｈ 图１八段数码管显示器 术的不断更新。可编程控制器是以微机技术为基础发展起来 的新一代控制装置，是实现自动化控制的理想工具之一，它 有着传统继电接触控制无法比拟的优点，因而在控制领域中 得到了广泛应用，若采用可编程控制器制作抢答器，则比用 逻辑电路和继电器制作的抢答器具有更多的优点，其结构简 单，抗干扰能力强，运行稳定可靠，定时准确，可方便地设 置定时时间，编程容易，功能扩展方便，修改灵活。本设计 ２．系统结构 系统结构框图如图２所示。 就是利用ＰＬＣ作为核心部件进行逻辑控制及信号的产生，ＰＬＣ 的性能优势必会使得竞赛真正达到公正、公平、公开。 （二）系统设计要求及工作原理 １．设计要求 （１）抢答器同时为８组选手分别提供按钮，按钮分别为 ＰＢＯ ＰＢ１、ＰＢ２ ＰＢ３、ＰＢ４、ＰＢ５、ＰＢ６ ＰＢ７： （２）设置一个复位按钮ＰＢ１０，实现系统电路的复位，由 主持人控制； （３）当主持人打开启动开关ＳＷ１后，在设定时间Ｔ０内， 如果某组抢先按下抢答按钮，则驱动音效电路①发出声响， 指示灯Ｌ１亮，并且在８段数码管显示器（如图１所示）上显 示出抢答成功的组号，此时电路实现互锁，其它组再按下抢 答按钮为无效； 。 图２系统结构框图 ３．主控制器 本系统的主控制器采用日本三菱公司生产的ＦＸ２Ｎ－３２１￣ 型ＰＬＣ。该型ＰＬＣ功能较强大，提供１６个输入点和１６个输出 点，继电器输出方式，均采用８进制编号。ＦＬＣ编程可采用手 持式编程器或编程软件ＧＸ－Ｄｅｖｅｌｏｐｅｒ７．０８中文版。三菱ＰＬＣ （４）如果在时间Ｔ０内，无人应答，则驱动音效电路② 发出声响，指示灯Ｌ２亮，表示抢答者均放弃该题； （５）在抢答成功后，主持人打开限时开关ＳＷ２，启动定 时器，在设定的时间Ｔ１内回答有效，当到达设定时间Ｔ１时， 驱动音效电路③，指示灯Ｌ３亮，表示答题时间到。 的编程指令简单易懂且程序设计灵活，可采用梯形图或者指 令语言进行软件设计。 ４．输入输出端子分配方案 三菱ＦＸ２Ｎ一３２ＭＲ型ＰＬＣ采用整体式结构，其控制单元提 供１６个输入点，１６个输出点。本系统需要１１个输入点、１３ 个输出点，具体分配如表１所示。 【收稿日期】２００７—１卜２７ 【作者简介】胡育林（１９７１一），男，浙江宁海人，宁海县技３－学校电工讲师，从事电工、电子教学和实习指导。 ．５２． 维普资讯 http://www.cqvip.com 袁１输入输出端子分配表 （三）软件设计 １．程序指令 程序指令如表２所示。 表２指令表 地址 指令 数据 地址 指令 数据 地址 指令 数据 ０ ＬＤ ＸＯ００ ５７ ＡＮＩ Ｍ７ ｌｌ５ ＬＤ ＴＯ ｌ ＯＲ ＭＯ ５８ ＡＮＤ Ｘ０ｌｌ ｌｌ６ ＡＮＩ Ｍ８ ２ ＡＮＩ Ｘ０ｌ０ ５９ ＯＵＴ Ｍ４ ｌｌ７ ＯＵＴ Ｙ０１２ ３ ＡＮＩ Ｍ１ ６０ ＬＤ ＸＯ０５ ｌ１８ ＯＵＴ Ｙ０ｌ３ ４ ＡＮＩ Ｍ２ ６ｌ ＯＲ Ｍ５ ｌｌ９ ＬＤ Ｘ０ｌ２ ５ ＡＮＩ Ｍ３ ６２ ＡＮＩ Ｘ０ｌ０ ｌ２０ ＯＵＴ Ｔｌ ６ ＡＮＩ Ｍ４ ６３ ＡＮＩ Ｍｌ Ｋ６００ ７ ＡＮＩ Ｍ５ ６４ ＡＮＩ Ｍ２ ｌ２３ ＬＤ Ｔｌ ８ ＡＮＩ ６５ ＡＮＩ Ｍ３ ｌ２４ ＯＵＴ Ｙ０ｌ４ ９ ＡＮＩ Ｍ７ ６６ ＡＮＩ Ｍ４ ｌ２５ ＯＵＴ Ｙ０ｌ５ ｌ０ ＡＮＤ Ｘ０ｌｌ ６７ ＡＮＩ ＭＯ ｌ２６ ＬＤ Ｍｌ ｌｌ ＯＵＴ ＭＯ ６８ ＡＮＩ Ｍ６ ｌ２７ ＯＲ Ｍ２ ｌ２ ＬＤ Ｘ０ｌｌ ６９ ＡＮＩ Ｍ７ １２８ ＯＲ Ｍ４ ｌ３ ＯＲ Ｍｌ ７０ ＡＮＤ Ｘ０１ｌ ｌ２９ ＯＲ Ｍ６ ｌ４ ＡＮＩ Ｘ０ｌ０ ７ｌ ＯＵＴ Ｍ５ ｌ３０ ＯＲ Ｍ７ ｌ５ ＡＮＩ ＭＯ ７２ ＬＤ ＸＯ０６ ｌ３ｌ ＡＮＤ Ｍ８ １６ ＡＮＩ Ｍ２ ７３ ＯＲ Ｍ６ ｌ３２ ＯＵＴ ￣０００ ｌ７ ＡＮＩ Ｍ３ ７４ ＡＮＩ Ｘ０ｌ０ １３３ ＬＤ ＭＯ １８ ＡＮＩ Ｍ４ ７５ ＡＮＩ Ｍ１ １３４ ＯＲ Ｍｌ １９ ＡＮＩ Ｍ５ ７６ ＡＮＩ Ｍ２ ｌ３５ ＯＲ Ｍ２ ２０ ＡＮＩ Ｍ６ ７７ ＡＮＩ Ｍ３ ｌ３６ ＯＲ Ｍ３ ２ｌ ＡＮＩ Ｍ７ ７８ ＡＮＩ Ｍ４ ｌ３７ ＯＲ Ｍ６ ２２ ＡＮＤ Ｘ０ｌｌ ７９ ＡＮＩ Ｍ５ ｌ３８ ＯＲ Ｍ７ ２３ ＯＵＴ Ｍ１ ８０ ＡＮＩ ＭＯ ｌ３９ ＡＮＤ Ｍ８ ２４ ＬＤ ＸＯ０２ ８ｌ ＡＮＩ Ｍ７ １４０ ＯＵＴ ￣００１ ２５ ＯＲ Ｍ２ ８２ ＡＮＤ Ｘ０ｌｌ ｌ４１ ＬＤ ＭＯ ２６ ＡＮＩ Ｘ０ｌ０ ８３ ＯＵＴ Ｍ６ １４２ ＯＲ Ｍ２ ２７ ＡＮＩ Ｍ１ ８４ ＬＤ ＸＯ０７ １４３ ＯＲ Ｍ３ ２８ ＡＮＩ Ｍ２ ８５ ＯＲ Ｍ７ ｌ４４ ＯＲ Ｍ４ ２９ ＡＮＩ ＭＯ ８６ ＡＮＩ Ｘ０ｌ０ ｌ４５ ＯＲ Ｍ５ ３０ ＡＮＩ Ｍ４ ８７ ＡＮＩ Ｍｌ １４６ ＯＲ Ｍ６ ３ｌ ＡＮＩ Ｍ５ ８８ ＡＮＩ Ｍ２ ｌ４７ ＯＲ Ｍ７ ３２ ＡＮＩ Ｍ６ ８９ ＡＮＩ Ｍ３ １４８ ＡＮＤ Ｍ８ ３３ ＡＮＩ Ｍ７ ９０ ＡＮＩ Ｍ４ １４９ ＯＵＴ ￣００２ ３４ ＡＮＤ Ｘ０ｌｌ ９ｌ ＡＮＩ Ｍ５ ｌ ５０ ＬＤ Ｍｌ ３５ ＯＵＴ Ｍ２ ９２ ＡＮＩ Ｍ６ １ ５１ ＯＲ Ｍ２ ３６ ＬＤ ＸＯ０３ ９３ ＡＮＩ ＭＯ ｌ５２ ＯＲ Ｍ４ ３７ ＯＲ Ｍ３ ９４ ＡＮＤ Ｘ０１１ ｌ５３ ＯＲ Ｍ５ ３８ ＡＮＩ Ｘ０１０ ９５ ＯＵＴ Ｍ７ １ ５４ ＯＲ Ｍ７ ３９ ＡＮ１ Ｍ１ ９６ ＬＤ Ｘ０１１ ｌ ５５ ＡＮＤ Ｍ８ ４０ ＡＮＩ Ｍ２ ９７ ＯＵＴ ＴＯ １ ５６ ＯＵＴ ￣００３ ４１ ＡＮＩ ＭＯ Ｋ１Ｏ０ ｌ５７ ＬＤ Ｍｌ ４２ ＡＮＩ Ｍ４ １００ ＬＤ ＸＯ００ １ ５８ ＯＲ Ｍ５ ４３ ＡＮＩ Ｍ５ １０１ ＯＲ ＸＯ０１ １ ５９ ＯＲ Ｍ７ ４４ ＡＮＩ Ｍ６ １０２ ＯＲ ＸＯ０２ １６０ ＡＮＤ Ｍ８ ４５ ＡＮＩ Ｍ７ １０３ ＯＲ ＸＯ０３ １６１ ＯＵＴ ￣００４ ４６ ＡＮＤ Ｘ０１ｌ １０４ ＯＲ ＸＯ０４ ｌ６２ ＬＤ Ｍ３ ４７ ＯＵＴ Ｍ３ １０５ ＯＲ ＸＯ０５ １６３ ＯＲ Ｍ４ ４８ ＬＤ ＸＯ０４ １０６ ＯＲ ＸＯ０６ １６４ ＯＲ Ｍ５ ４９ ＯＲ Ｍ４ １０７ ＯＲ ＸＯ０７ １６５ ＯＲ Ｍ７ ５０ ＡＮＩ Ｘ０ｌ０ ｌ０８ ＡＮＩ ＴＯ １６６ ＡＮＤ Ｍ８ ５１ ＡＮＩ Ｍ１ １０９ ＯＲ Ｍ８ ｌ６７ ＯＵＴ ￣００５ ５２ ＡＮＩ Ｍ２ １１０ ＡＮＤ Ｘ０ｌｌ ｌ６８ ＬＤ Ｍ１ ５３ ＡＮＩ Ｍ３ １１ｌ ＯＵＴ Ｍ８ １６９ ＯＲ Ｍ２ ５４ ＡＮＩ ＭＯ ｌｌ２ ＬＤ Ｍ８ １７０ ＯＲ Ｍ３ ５５ ＡＮＩ Ｍ５ ｌ１３ ＯＵＴ Ｙ０ｌ０ １７１ ＯＲ Ｍ４ ５６ ＡＮＩ Ｍ６ ｌ１４ ＯＵＴ Ｙ０ｌｌ ｌ７２ ＯＲ Ｍ５ １７３ ＯＲ Ｍ７ １７４ ＡＮＤ Ｍ８ ｌ７５ ＯＵＴ ￣００６ １７６ ＥＮＤ ２．工作过程分析 （１）开始抢答前，主持人首先通过复位按钮ＰＢＩＯ（ＸＯｌＯ） 实现电路复位，在提问之后，打开选择开关ＳＷｌ（ＸＯ１１）Ｐ￣动定 时器ＴＯ（本程序预设为ｌＯｓ），通过修改下图所示的Ｋ值可以 预设不同时间。 （２）抢答限时内，当某一组抢先按下抢答按钮后，对应 的辅助继电器接通，同时切断其它抢答回路，实现互锁。如 ＰＢＯ抢先按下，则ＸＯ００导通，辅助继电器Ｍ０接通，如下图３： 图３ 辅助继电器Ｍ０接通，贝０其常闭触头Ｍ０断开，同时切断 Ｍ卜Ｍ７抢答回路，ＰＢ１－ＰＢ７再按下将不会起作用，如下图： ０ －） ０ －） ３６ ０ ０ ０ 图４ ．５３． 维普资讯 http://www.cqvip.com
（３）抢答成功后，辅助继电器Ｍ８接通，常开触头闭合， 启动音效电路①（ＹＯ１０）和指示灯Ｌ１（ＹＯｌ１），同时利用内部 编码程序段控制输出点ＹＯＯＯ－ＹＯ０６，输出驱动信号，驱动外部 数码显示器显示抢答成功的绢号。 瑚 ｒ＊ 卜Ｆ一…二一—一１一ｉ ｍ 二二二二＝ 图５ 数码管编码表如下 组号 （ｖｏｏｏ） （ＹＯ０１）ａ Ｂ （ＹＯＯ２） （ＹＯＯ３）Ｃ Ｄ （ＹＯ０４）ｅ （ＹＯＯ５）ｆ （ＹＯＯ６）ｇ １ ０ １ １ ０ ０ ０ ０ ２ １ １ ０ １ １ ０ １ ３ １ １ １ １ ０ ０ １ ４ ０ １ １ ０ ０ １ １ ５ １ ０ １ １ ０ １ １ ６ １ ０ １ １ １ １ １ ７ １ １ １ ０ ０ ０ ０ ８ ｌ １ １ ｌ ｌ １ １ ｌ ｌ ｔ ｌ目 粒 ｝ ．．５４．． 图６ （４）如果在限时内无人抢答，则启动音效电路②（ＹＯ１２） 和指示灯Ｌ２（ＹＯＩ３），外部数码显示器无显示。 图７ （５）抢答成功后，主持人打开限时开关ＳＷ２（ＸＯ１２），启 动定时器Ｔ１（本程序设为６０ｓ），修改Ｋ值可以设定不同时间， 当Ｔｌ计时结束，将启动音效电路③（ＹＯＩ４）和指示灯Ｌ３（ＹＯ１５） 提示回答时间到。 ３．硬件连接图 本系统外部硬什连接方式如冈９斫 ？ 图９ （下转第４３页） 维普资讯 http://www.cqvip.com 特征存在差异，而虹膜定位和特征提取算法又非常依赖于特 速度。由此，采用高效的特征提取方法如一些非线性特征提 定的灰度分布特征，因而，同一个虹膜识别算法很难成功地 取方法既保留虹膜尽可能多的信息，又能达到对数据降维的 应用于不同类型的虹膜图像。 效果是虹膜特征提取的关键。 （３）虹膜识别的速度很慢。虹膜识别中的特征数是相当 （４）虹膜识别技术研究 多的，具有大约２６６项可检测到的特征。小范围特定人群的 经定位、归一化和图像增强后的虹膜图像由于图像提取 虹膜识别（如公司内部的考勤机、机要部门的门禁）由于数 质量不高、定位不够精确或提取的特征不完全等各种原因， 据量小，此时，一般的模式分类方法理论上是可用的。但如 决定了虹膜图像的匹配大部分情况下只能采用一些模糊的识 果待识别的对象数量特别大（如银行的ＡＴＭ机），识别的速 别方法，如神经网络、支持向量机等机器学习的方法。因此， 度将变慢到人们不可忍受的程度。 各种机器学习方法在虹膜识别方面的应用应是今后虹膜识别 ２．主要发展方向 中一个重要的研究课题。 目前的各种虹膜识别系统由于自身的缺陷使它们远远不 （五）总结 能满足虹膜识别的需要，针对目前虹膜识别技术存在的各种 虹膜识别是目前生物识别技术中易操作、精度高、最有 缺陷，目前虹膜识别技术的主要研究方向有： 市场前景的技术。在虹膜识别技术逐渐步入实用阶段的过程 （１）虹膜图像提取设备的研究 中，我们不但要看到在这方面所取得的进步与发展，更要清 在虹膜图像提取设备设计过程中应考虑使系统采集到的 楚地认识到虹膜识别的发展趋势，提高系统人机接口的友好 图像质量免受杂光，距离等外来因素的干扰，掌握提高系统 性，降低采集设备的成本，以备更广泛，安全地应用于实践。 人机接口的友好性以及降低采集设备的成本这个虹膜识别技 本文从介绍虹膜识别技术的应用出发，重点分析了目前虹膜 术的发展趋向。 识别系统的主要步骤及其关键技术，概括了虹膜识别技术的 从硬件方面，可以设计景深较大的光学镜头组，引入自 发展近况，提出了目前存在的主要问题及其以后的发展方向。 动变焦技术和辅助定位技术来提高系统的易用性；从软件方 面，可以利用超分辨率技术和图像增强技术来提高图像质量， 通过语音提示或者视频的方式提醒用户配合采集设备。在安 【参考文献】 全级别要求较高的应用环境中，虹膜图像的活体检测也是一 【１】Ｊ．Ｄａｕｇｍａｎ．Ｈｉｇｈ ｃｏｎｆｉｄｅｎｃｅ ｐｅｒｓｏｎａｌ ｉｄｅｎｔｉｉｆｃａｉｔｏｎ ｂｙ ｒａｐｉｄ 个重要的方面，防止假冒者盗用他人的虹膜图像。 ｖｉｄｅｏ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｉｒｉｓ ｔｅｘｔｕｒｅ［Ｊ］．Ｔｈｅ ＩＥＥＥ １９９２ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ （２）虹膜数据库的建立与虹膜图像的标准化 Ｃａｍａｈａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｏｎ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ａｔｌａｎｔａ， 目前，具有国际标准的可共享资源的大型虹膜数据库亟 ＵＳＡ，１９９２：５０－６０． 待建立。同时，为了规范虹膜图像的数据格式，统一硬件提 【２】Ｊ．Ｇ．Ｄａｕｇｍａｎ．Ｈｉｇｈ ｃｏｎｆｉｄｅｎｃｅ Ｖｉｓｕａｌ Ｒｅｃｏｎｇｎｉｔｉｏｎ ｏｆ 供商、软件开发商和系统集成商之间的数据接口，促进各种 Ｐｅｓｒｏｎｓ ｂｙ ａ Ｔｅｓｔ ｏｆ Ｓｔａｔｉｓｉｔｃａｌ Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ［『１．ＩＥＥＥ 计算机应用之间的数据共享，方便研究人员之间的交流，支 ＴｒａｎｓａｃａｔｉｏｎＳ ｏｎ ｐａｔｔｅｒｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｍａｃｈｉｎｅ ｉｎｔｅＵｉｇｅｎｃｅ， 撑虹膜识别产品的评测，应该尽早投入力量开展虹膜识别标 １９９３，Ｖｏ１．１５，Ｎｏ２２：１１４８－１１６１． 准化方面的工作。 【３】Ｒｉｃｈａｒｄ Ｐ．Ｗｉｌｄｅｓ．Ｉｒｉｓ Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ：Ａｎ ｅｍｅｒｇｉｎｇ ｂｉｏｍｅｔｒｉｃ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］．Ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆｔｈｅ ＩＥＥＥ．１９９７，Ｖｏ１．８５， （３）虹膜特征的提取研究 Ｎｏ．９：１３４８－１３６３． 在以往常采用简单的分解虹膜纹理图像低频部分来提取 【４】 Ｒｉｃｈａｒｄ Ｐ．Ｗｉｌｄｅｓ，Ｊｎａｅ ｃ．Ａｓｍｕｔｈ，ＫｅｉｔｈＪ．Ｈａｎｎａ，Ｓｔｅｐｈｅｎ 虹膜纹理特征的方法中，很大可能会丢失中频，高频部分的 ｃ．Ｈｓｕ，Ｒａｙｍｏｎｄ Ｊ．Ｋｏｌｃｚｙｎｓｋｉ，Ｊａｍｅｓ Ｒ．Ｍａｔｅｙ，Ｓｔｅｒｌｉｎｇ 特征信息。所以，提取出来的特征数就相对较少，不利于后 Ｅ．Ｍｃ Ｂｒｉｄｅ．Ａｕｔｏｍａｔｅｄ，ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ ｉｒｉｓ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ 期进行有效的分类识别。如果采用对所有子带进行分解的完 ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ【Ｃ】．ＵＳ Ｐａｔｅｎｔ ５５７２５９６．１９９６． 全树形结构小波分解的方法，虽能提取出虹膜纹理图像的大 【５】马力．基于虹膜身份识别的身份鉴别方法研究［Ｄ】．中国科 部分特征信息，但是势必增加计算量，影响后期分类识别的 学院自动化所博士学位论文，２００３：３１，３２，３８． ｙＺＺＺＺＺＺＺ ＺＺＺＺ ＺＺ ＺＺＺＺＺＺＺＺＺＺＺＺＺＺＺ ＺＺＺ ＺＺ ｚ ｚ ＺＺ （上接第５４页） 等多种地方。 （五）讨论 本抢答器系统可以通过修改程序方便地调整设置时间， 在线监视系统的工作状态。显示部分采用控制器内部编码方 【参考文献】 式输出控制信号驱动外部数码显示器件，也可以外部连接编、 Ｉ１】史国生．电气控制与可编程控制器技术【Ｍ】．北京：北京化工 译码器件实现，并且可以采用适当的输出信号驱动其它类型 工业出版社．２００４． 的显示器件。如果对外部电路稍加修改，或者在系统程序中 【２】王兆义．小型可编程控制器实用技术【Ｍ】．北京：机械工业出 加入分支，可以把八路抢答器改为更多路的抢答器。如果去 版社，２００２． 除系统中的互锁和限时功能，可以把抢答器改为呼叫器，能 【３】戴一平．可编程序控制器技术【Ｍ】．北京：机械工业出版社， 够用在医院病房、宾馆客房、写字楼办公室、工厂生产车间 ２ｒ）ｆ）５ ．４３．
