基于控制电器(继电器)的抢答器设计

1、湖南科技大学信息与电气工程学院矿山电器与控制 题 目：_抢答器电器控制电路设计_专 业： 自动化 班 级： 一班 姓 名： 学 号： 指导教师： 王靖 2015年 5 月 17 日论文要求一 控制要求 1 设计供10组参赛进行抢答的控制系统，有声音提示。并设有答题时间控 制60s。n 2 参赛者只有在主持人按下开始抢答按钮后再开始抢答才有效，否则按抢答 器按钮或一直按住抢答器按钮不放，均不起作用。n 3 每道答题在规定的时间内60s完成，超时则自动取消答题资格，并报警一 声。n 4 在抢答时显示最先抢到的一组的组号，扬声器响声，其他组均被封锁。n 5 答题完成后自动复位。二 报告要求 说明整个

2、系统的工作原理并画出各部分电路图。完成各个控制电器的选 型。具备良好的保护功能。摘要窗体底端我们日常生活中，参加各种各样的竞赛时，或者在电视里都能看到各种各样的抢答器。其实能够实现抢答功能的方式有很多种，可以采用前期的模拟电路，数字电路或模拟与数字电路相结合的方式，也可以用单片机，PLC等来实现抢答器的设计。本设计采用控制电器-继电器实现10路抢答器的组成，设计思路，及功能。 本设计可供10组参赛选手进行抢答，参赛者只有在主持人按下开始抢答按钮后再开始抢答才有效，否则按抢答器按钮或一直按住抢答器按钮不放，均不起作用。每道答题在规定的时间内60s完成，超时则自动取消答题资格，并报警一声。在抢答时

3、显示最先抢到的一组的组号，扬声器响声，其他组均被封锁。答题完成后自动复位。继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”，故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。本设计采用10个继电器实现抢答器功能，利用继电器的常开触点，常闭触点来实现电路的接通和断开，从而达到设计的目的。 关键词：继电器，抢答器目录第一章 继电器的发展与前景51.1继电继的发展历程51.2继电器的发展前景5第二章 继电器的基本介绍62.1电磁继电器的原理及组成62.2继电器主要产品技术参数72.3

4、继电器的选用7第三章：硬件系统的设计83.1系统控制要求83.2系统控制的思路8第四章 系统设计84.1元器件清单84.2抢答器电路图9 4.2.1选手抢答电路94.2.2定时计数电路104.2.3主持人控制电路104.2.4 LED灯、喇叭电路104.3抢答器的制作步骤10第五章 总结与体会11第六章 优缺点分析及改进125.1优点分析125.2缺点分析及改进125.2.1缺点分析125.2.2 缺点改进12第七章 参考文献13第1章 继电器的发展与前景1.1继电继的发展历程 它起源于20世纪60年代中后期，是在英国、澳大利亚和美国的一些学者的倡导下开始进行研究的。60年代中期，有人提出用小

5、型计算机实现继电保护的设想，但是由于当时计算机的价格昂贵，同时也无法满足高速继电保护的技术要求，因此没有在保护方面取得实际应用，计算机技术在70年代初期和中期出现了重大突破，大规模集成电路技术的飞速发展，使得微型处理器和微型计算机进入了实用阶段。价格的大幅度下降，可靠性、运算速度的大幅度提高，促使计算机继电保护的研究出现了垃圾。我国的微机保护研究起步于20世纪70年代末期、80年代初期，尽管起步晚，但是由于我国继电保护工作者的努力，进展却很快。经过10年左右的奋斗，到了80年代末，计算机继电保护，特别是输电线路微机保护已达到了大量实用的程度。我国对计算机继电保护的研究过程中，高等院校和科研院所

6、起着先导的作用。从70年代开始，华中理工大学、东南大学、华北电力学院、西安交通大力自动化研究院都相继研制了不同原理、不同型式的微机保护装置。1984年原华北电力学院研制的输电线路微机保护装置、南京电力自动化研究院研制的微机线路保护装置也于1991年通过鉴定。天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的微机相电压补偿式方向高频保护，西安交通大学与许昌继电器厂合作研制的正序故障分量方向高频保护也相继于1993年、1996年通过鉴定。至因此到了90年代，我国继电保护进入了微机时代。随着微机保护装置的研究，在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果，并且应用于实际之中。1.2继电器的发展前景 近年来，

7、随着电子信息产业的飞速发展，作为基础元件的继电器被广泛应用在家电、通信、汽车、仪器仪表、机器设备、航空航天等自动化控制领域。最近的统计数据显示，在电子元件产品中，继电器已经成为第一大产品。 继电器是自动化控制领域应用中的重要角色，近年来市场竞争日趋激烈，各个继电器企业争相推出最新款差异化的产品，使得继电器已经超出传统意义上简单的时域基础元件的概念，尤其是高科技先进技术性能指标产品的出现，更给继电器提供了一个广阔的舞台。 继电器在我国发展还有很大的提升空间，主要表现在高端技术的继电器还存在着空白。这让我意识到发展与创新是一个产业以致一个企业或国家，一个民族欣欣向荣的保证。继电器的逢勃发展让我看到

8、这片市场将来还要迅猛快速的发展。很感谢这次的选修课让我有了一次视野开阔的机会，还让我懂得了继电器在我们生活中的应用以及其工作原理，和其中蕴含的巨大发展前景。第二章 继电器的基本介绍2.1电磁继电器的原理及组成 电磁继电器是有触点电磁电器的一种（如图1），一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释

9、放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。在各种自动控制设备中，都要求用一个低压电路控制一个高压的电气电路。这样不仅可以为电子线路和电气电路提供良好的电隔离，还可以保护电子电路和人员安全，而电磁继电器一般有两股电路，低压控制电路和高压工作电路。它利用电磁效应实现电路开、关控制作用，很好地实现了低压控制高压这一功能，因此广泛应用在电子设备、仪器仪表及自动化设备中。 1) 电磁系统：即感应机构，由软磁材料制成的铁芯、轭铁和衔铁构成的磁 路系统和线圈组装而成。通电就有磁性，也算是电磁继电器最核心的部 分;(图中1、2)2) 接触系统：即执行机构，由不同形式的触点簧片或用作触点的接触片以 一定的绝缘方

10、式组装而成。即决定哪块电路通电的部分;(图中3、4、5)3) 传动和复原机构：即中间比较机构，实现继电器动作的传动机构是指当 线圈激励时将衔铁运动传递到触点簧片上的机构。一般是由和衔铁连接 在一起的触点簧片直接传动或通过衔铁的运动间接地推动触点簧片运 动。(图中6)2.2继电器主要产品技术参数 额定工作电压：是指继电器正常工作时线圈所需要的电压，也就是控 制电路的控制电压。根据继电器的型号不同，可以是交流电压，也可以 是直流电压。 直流电阻：是指继电器中线圈的直流电阻，可以通过万能表测量。 吸合电流：是指继电器能够产生吸合动作的最小电流。在正常使用时， 给定的电流必须略大于吸合电流，这样继电器

11、才能稳定地工作。而对于 线圈所加的工作电压，一般不要超过额定工作电压的1.5倍，否则会产 生较大的电流而把线圈烧毁。 释放电流：是指继电器产生释放动作的最大电流。当继电器吸合状态 的电流减小到一定程度时，继电器就会恢复到未通电的释放状态。这时 的电流远远小于吸合电流。 触点切换电压和电流：是指继电器允许加载的电压和电流。它决定 了继电器能控制电压和电流的大小，使用时不能超过此值，否则很容易 损坏继电器的触点。2.3继电器的选用 1.先了解必要的条件：控制电路的电源电压，能提供的最大电流；被控制电路中的电压和电流；被控电路需要几组、什么形式的触点。选用继电器时，一般控制电路的电 源电压可作为选用

12、的依据。控制电路应能给继电器提供足够的工作电流， 否则继电器吸合是不稳定的。 2.查阅有关资料确定使用条件后，可查找相关资料，找出需要的继电器的型号和规格号。若手头已有继电器，可依据资料核对是否可以利用。最后考虑尺寸是否合适。 3.注意器具的容积。若是用于一般用电器，除考虑机箱容积外，小型继电器 主要考虑电路板安装布局。对于小型电器，如玩具、遥控装置则应选用超小型继电器产品。 4.本次设计选择中间继电器 MY2N-J 220V。 第三章：硬件系统的设计3.1系统控制要求 本系统的控制要求如下： 1 设计供10组参赛进行抢答的控制系统，有声音提示。并设有答题时间 控制60s。n 2 参赛者只有在

13、主持人按下开始抢答按钮后再开始抢答才有效，否则按抢答 器按钮或一直按住抢答器按钮不放，均不起作用。n 3 每道答题在规定的时间内60s完成，超时则自动取消答题资格，并报警一 声。n 4 在抢答时显示最先抢到的一组的组号，扬声器响声，其他组均被封锁。n 5 答题完成后自动复位。3.2系统控制的思路主持人按钮采用联动的开关SB2，主持人按下SB2后，十位选手开始抢答，十位参赛选手的按键用常开触点SB0-SB9表示，任意一位选手抢题成功，则相应的LED亮，KA1闭合使得喇叭响，同时KT1开始计时，若计时60s到，则系统复位，喇叭响；另一方面，通过KA1使得常闭触点KA1断开，其他选手再抢答时，已不可

14、能接通，从而无法抢答。第四章 系统设计4.1元器件清单元器件型号数量LED灯220V10个继电器220V12个热继电器220V2个时间继电器220V，60s1个常开触点220V11个常闭触点220V1个4.2抢答器电路图 4.2.1选手抢答电路 4.2.2定时计数电路 4.2.3主持人控制电路 4.2.4 LED灯、喇叭电路 4.3抢答器的制作步骤 在设计一个电路系统时，首先必须明确系统的设计任务，根据任务进行方案选择，然后对方案中的各部分进行单元电路的设计，器件选择，最后对各部分分析，画出一个符合设计要求的完整系统电路图。 设计过程是知识的综合应用过程，包括对现有产品的分析，对元器件的应 用

15、及对电路结构设计的完善。包括明确系统的设计要求，方案选择，电源电路的 设计和器件选择，电路图的绘制，以及电路方案的试验等。 主要制作步骤如下： （1）工作台的整理和电工工具的准备； （2）元器件的选择与检测：继电器、熔断器、按钮、变压器、LED灯； （3）导线的选择：规格、颜色、长短等； （4）元器件的正确安装； （5）按电气原理图进行正确接线。第五章 总结与体会本抢答器系统虽是针对十路参赛选手设计的，但通过原理分析可知，如果对外围电路及程序稍加修改，就很容易使之扩展成更多路的抢答器。知识竞赛的一个最重要的硬件设备就是抢答器。以往企业自己搞知识竞赛，都是主持人读题，观众选手得安静仔细听题目，有

16、条件的花上万元买个电子抢答器，算是给知识竞赛赛场添彩了。大多依靠主持人发挥水平，选手和观众渴望的类似电视台的节目效果难以实现。与电视播放的那些竞赛场面对照选手坐在显示器前答题，观众看着大屏幕显示题目和答案，大屏幕有抢答显示计分排行等，绚丽的画面有节奏的音乐差距很大，但这些都不是电视台的专利，利用基于继电器的抢答器，用户自己就可以实现这样的视觉效果。通过这次继电器程序设计的课程设计和测试，我学到了很多。通过对该课题的了解，收集资料，研究其可行性，前期做了很多准备工作，查看了很多资料，但这都是值得的，为后面程序的编写和调试打下了基础，不断加深了对电路的了解，比如对各电路器件（如：热继电器、熔断器，

17、电路设计等）及原理有了更深一层次的认识，既增强了我的理解能力,也使我能更好的运用所学的知识。虽然都是一些已经学习过的知识，但结合起来还是有一定的难度。同时，在此次设计中，我也发现了自己的不足，如缺乏耐心，动手能力差等等。对于该设计有些许地方仍然需要改进。第六章 优缺点分析及改进5.1优点分析 本设计完全采用硬件电路实施控制，省去了软件编程所带来的一系列设计步骤，如结构框图，梯形图，上机调试等等。易于制成简便的实物模块，能够独立销售，用户使用方便。5.2缺点分析及改进 5.2.1缺点分析硬件电路连接复杂，不利于安装调试。电路设计过程繁琐，电路图不直观，可读性不强。完全采用硬件电路设计，制作和维修成本大，故障发生率高