【篮球赛记分牌控制系统的设计（论文）7900字】

篮球赛记分牌控制系统的设计摘要

随着篮球的发展，篮球赛记分牌被运用到各个篮球比赛中去。因为喜欢篮球，所以打篮球，时不时会来一场酣畅淋漓的比赛，这就会需要计时记分，但是比较传统的计时计分方法很麻烦，例如用粉笔记分，或者通过记分员翻牌记分。计时也是通过计时员用手表或者手机记分等，这些方法既不准确又不方便。随着社会一步步的发展，科学技术一点点的强大，人民生活水平的提高，各种电子产品不断地融入到了我们的生活当中来，使我们更加的便捷。篮球记分牌的设计就是其中的一种，它能够让我们按几个按钮和开关就能轻轻松松的记录比赛的分数，让我们感受到了科学技术是如此的强大。本文就设计了一个篮球赛记分牌的控制系统，运用了PLC程序对其进行编程，通过MCGS组态来进行一个实时的监控，最后形成一个基于PLC的篮球记分牌设计系统。关键词：篮球记分牌；PLC；MCGS组态目录TOC\o"1-3"\u摘要 绪论1.1课题研究的目的和意义篮球这项运动在当今世界快速的发展，这就会有更多的篮球比赛开展出来，赢得比赛的关键就是在规定时间内哪一方得的分数更高，所以就需要有一个计时记分的方式。一开始就是计分人员用粉笔写下来，加分减分靠涂改来进行，计时就通过计时器来记，后来就慢慢的开始用翻牌器来翻比赛的分数，计时也大多用计时器来计，简便一点的就用手表手机来计，这就特别的麻烦。现在研究出了基于PLC的篮球赛记分牌系统，既能减少人员的成本，又能方便记分，只需要按下几个按钮就可以轻松的进行实时的计时记分，更加的便捷。这种记分的方式是未来的趋势，不仅在篮球方面，例如兵乒球等等，也都会用到这类记分的方式。该系统的特别之处如下：使我们的篮球比赛能够方便计时记分。我们可以通过按钮来对比分和时间进行控制。用手翻的记分牌很麻烦，也很容易出错，如果记分员一个不留神，就可能错过一次得分，也不清楚是两分还是三分，失去了一场比赛的公平性。计时也是如此，用手表或者手机，亦或是计时器容易出现误差，在关键点的时候，零点几秒都会给比赛带来完全不一样的变化，很有可能输赢双方就互换了。所以这一套智能控制系统就让我们少去了很多麻烦，更加的便捷。能够让球员看到分数，时间的变化。虽然说用翻牌的方式也可以看到分数，但是翻牌器的位置容易影响比赛，翻牌器一般都是在场地中央边线处，场上球员想看分数得转头看才行，如果在你转头的瞬间，防守队员上来防你，很容易造成抢断。还有一点，就是看不到时间，如果想知道时间的话，还得需要问计时员，影响了比赛。设计了我们这种控制系统，时间和分数都会显示在大屏幕上，球员一下子就能看见了，这样就能更快的根据时间和分数来做出相应的对策，不会浪费时间。推动了现代技术的进步和发展。智能化的设备在我们的生活中出现的场合越来越多了，其重要性也在不断上升。智能设备通过网络实现相互的信息交流，除此之外，还可以通过网络对相对应的设备实现智能化的管理。基于PLC的篮球赛记分牌设计系统作为其中的一员，对于现代科技的发展起到了推波助澜的作用。1.2国内外的发展状况国外的发展状况首先我们来讲一下篮球的历史。篮球这项运动是在1891年由奈史密斯博士发明创造的，他是美国基督教青年会训练学校的一名体育教师。由于冬季天气寒冷不适合户外运动，他突然发现当地儿童喜欢把球投向桃子筐里,然后就在这个游戏中得到了启发，创造了篮球。刚开始的篮球比赛，对打篮球的时候的上场人数、场地大小还有比赛时间都没有严格限制，只规定双方参加比赛的人数必须相等，先达到预定分数者就获得胜利。在1892年，制定了13条比赛规则，这也是奈史密斯制定的，这些规则里主要规定了不准拿着球跑，不准有伤害人的动作，不准用拳头击打篮球等等。到了1893年，形成了就像现在打篮球的篮圈、篮板和篮网，并规定每队上场5人。1904年在圣路易市举行的第三届奥运会上，篮球第一次参加了奥运会，但只是表演赛，没有真正成为竞技体育比赛。1908年美国制定了比较全面的篮球规则，并且形成了全国统一，还用多种文字发行出版，遍布了全世界，篮球这项运动也从美国慢慢的传遍开来，到达了美洲、欧洲和亚洲，成为世界性竞技体育项目。篮球比赛的逐渐展开，就必然要对比赛的分数进行记录，这样才能判断比赛的输赢，所以一开始人们只是用粉笔在黑板上记录两队的得分，后来因为这样比较麻烦，就做了一种翻牌的记牌器，慢慢的随着科技的发展，现在的国外比赛，例如比较有名的美国职业篮球联赛就用的是大屏显示的记分牌，更加的方便。国内的发展状况也是先来说一说篮球是如何传入中国的。篮球运动是1896年前后传入中国的，它是由天津的一个叫中华基督教青年会传进来的。在1910年举办的全国运动会上举行了男子篮球表演赛，此后篮球运动在中国逐渐推广开来。1926年以后，中国篮球运动水平有了较大提高。中华人民共和国建立之后，篮球运动迅速地在全国开展起来。1951年开始举行了全国性的篮球比赛，正式在中国成为一项竞技体育项目。在我们国家，篮球赛的一步步展开，必然要有记分的东西来判断两队之间的输赢。所以篮球记分牌随之出现，对场上的分数和时间进行实时掌控，从而对比赛的走向有一个直观的了解，知道时间所剩多少，两队得分多少，更能方便的去观赏比赛，我所设计的就是一款篮球赛记分牌，下面就是我的论文框架。1.3论文的框架结构该论文的组成章节有六部分，具体如下：第1章为绪论。此章节阐明了该课题研究的目的和意义及这个智能系统在人类历史长河中的发展情况。第2章为可编程逻辑控制器，简称PLC。这一章节介绍了PLC的工作原理同时也对PLC控制的要点，特点，方式进行了一个初步了解。第3章为MCGS组态。这一章节主要是介绍了各种MCGS组态的功能特点。第4章为总体设计方案。这个总体的设计中我们要了解并分析其功能，详细描述解释了其框架，以及通过各类分析来选择合适的软件硬件。第5章为测试。该章节具体阐述了如何进行实验，然后记录下来实验数据，方便以后的数据查看。第6章为总结与展望，在完成实验过程中，不断纠错改错，找到问题解决问题，总结经验教训。PLC技术的介绍2.1PLC的发展历史PLC的产生是由美国汽车工业生产技术要求的发展促进的。在1969年，世界上第一台可编程逻辑控制器产生，它是由美国的一家数字化设备公司发明出来的。1971年，在日本，也研制出了他们国家第一台可编程逻辑控制器。1973年，德国研制出了第一台可编程逻辑控制器。到了1974年，我国开始慢慢研制可编程逻辑控制器，在1977年，正式在工业中推广开来。2.2PLC的工作原理可编程逻辑控制器在工作时分为三个阶段。第一个阶段是输入采样阶段，可编程逻辑控制器通过扫描将所有的输入状态以及数据读入进去，并把它们存入对应的单元内，这些单元格是在I/O映象区里的。第二个阶段是用户执行阶段，可编程逻辑控制器一直都是遵循从上到下的顺序来扫描用户程序，比如梯形图。第三个阶段是输出刷新阶段，在此期间，CPU依靠I/O映象区里的对应的状态还有数据刷新得出输出锁存电路，再通过这个电路来驱动连接着的外设。2.3PLC实现控制的要点可编程逻辑控制器实现控制的两个基本要点是输入输出信息变换和可靠物理实现。输入输出信息变换是通过运行保存在PLC内存中的程序来进行实现的。PLC程序既有系统程序，这是生产厂家所做出来的，是不能够更改的，又有用户自己研究，然后开发的应用程序，也叫用户程序，运行平台是由系统程序提供的，同时，还处理了PLC程序中的信号与信息转换以及可靠运行。REF_Ref13801\r\h[13]用户程序按照用户根据控制要求自己进行设计的。可靠物理实现主要依靠的是输入和输出电路。PLC都是专门设计的I/O电路，输入电路要滤波输入信号，这样就可以防止高频信号的干扰，而且在电上，与内部的计算机电路是隔离的，通过光耦元件建立联系，并且输出电路的内外也是通过电隔离的，通过输出继电器或光耦元件建立彼此之间的联系，还要将输出电路进行功率放大，这样才能满足带动普通的元器件，如接触器，电磁阀等等，这些都是工业控制的器件。I/O电路是很多的，每个输入点或者是每个输出点都要有一个I或O电路，PLC的I/O用点有多少，对应的就有多少个I/O用电路，但是因为它们都是组成于高度集成化的电路，所以它们所占用的体积不会太大，输入电路始终保持监视输入状况的状态，并将其暂时存放在输入暂存器中，但输出电路就是要将输出锁存器中保存的信息传输到输出点中。REF_Ref13801\r\h[13]2.4PLC实现控制的方式可编程逻辑控制器有两种实现控制的方式，一种是扫描方式，另一种是中断方式。它主要是以扫描方式为主，中断方式只适用在个别急需的处理上。2.5PLC的功能特点可靠性高。可编程逻辑控制器集成度高，还有自我诊断，保护电路的功能，所以可靠性非常高。编程容易。可编程逻辑控制器大多通过梯形图或者命令语言的形式来编程。指令少，而且所运用的梯形图既形象又简单，比较方便学习。组态灵活。可编程逻辑控制器采用的是类似积木式的结构，组合比较简单，改变控制系统的功能和规模比较灵活。输入/输出功能模块齐全。可编程逻辑控制器最大的优点之一，它能够针对不同的信号，都可以让所对应的模板与器件相互连接，并且可以通过总线和CPU主板之间进行连接。安装方便。可编程逻辑控制器比计算机系统安装方便很多，它只要把检测器件与执行机构，还有PLC的I/O口端子之间连接正确就可以正常运行工作了。运行速度快。可编程逻辑控制器通过程序控制来执行，它的运行速度不是继电器逻辑控制能媲美的。目前，单片机的大量应用，使得PLC逐渐靠近微型机控制系统，尤其是比较高档的PLC。MCGS组态的介绍人机界面（HMI）是人与机器之间传递、交换信息的媒介和对话接口，能够方便对电气设备实施控制和获取各种状态信息数据，是现代电气设备控制系统的重要组成部分。REF_Ref22406\r\h[9]MCGS是国内的一款HMI工控组态软件，以其功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的特点得到广泛应用，市场占有率逐年攀升。REF_Ref22406\r\h[9]MCGS组态有三个版本，一个是网络版，一个是通用版，还有一个是嵌入版。MCGS组态的主要特点就是操作简单，功能齐全，有利于观察。它可以结合其他的硬件，通过简单的模块化配置，可以实现所需的系统。下面我来介绍一下三个版本的MCGS组态。网络版。它用的是比较先进的客户端/服务器结构。在客户端，只要用正常的浏览器就可以对服务器进行查看和操控，而且不需要装任何MCGS的软件，也不需要装辅助软件，方便操作。此版本所提供的是网络ActiveX控件，能够方便调用，它还有很多的网络格式，例如局域网，广域网等等。通用版。它在各个方面是一个质的飞跃，算是划时代的产品。它采用全中文的组态软件，当你遇到问题的时候，通过它的在线帮助系统可以轻松解决你的问题，而且教程也是非常的完善。在软件里面提供了将近一百种的绘图工具和图符，让你随意选择自己所需要的。不仅如此，此版本还支持国内外多种设备，以及多种工控曲线等等，还有好多就不一一列举了。还有就是它的动态效果做的相当得好，很精美，能够实时同步数据，完美结合多个系统。嵌入版。它是在通用版的基础上开发研制出来的，当然跟通用版也有不同。它包括运行环境与组态环境两个部分，适用于专用的，有严格要求的计算机系统。还有就是它带有一个模拟运行环境，可以进行模拟测试，方便调试。跟通用版一样，它采用的是全中文的界面，符合我们的习惯。此版本是真正的32位系统，可以实现并行处理，有很强的实时性，为用户提供丰富的动态构件，每个构件都对应一个功能。嵌入版还有完善的安全机制，强大的网络功能，多样的报警功能，良好的可维护性的特点，它的功能是非常强大的。听起来好像很复杂，很难学，其实不然，它操作还很简单，很容易学，可以在短时间内迅速掌握多项操作。总体设计方案4.1系统功能简述本系统采用三菱PLC进行编程，通过MCGS组态进行实时的监控。当比赛开始，按下开始键，时间会开始计时，有球员进球时，如果是一分就加一分，两分就加两分，三分就加三分，有需要减分的时候，可以按减分按钮减一分。每一节比赛结束，时间置位，重新开始计时。两节比赛结束，分数置换。全场比赛结束，分数清零。4.2系统框架系统是要通过软件和硬件的结合才能运作起来。下图3-1为硬件系统组成图。图4-1系统的硬件电路整个系统由可编程逻辑控制器PLC来读取各个电路的输入状态，再经过处理来控制篮球记分牌以及在组态软件MCGS上反馈相应的信息。第三章我已经介绍了三种版本的MCGS组态，我所用的是通用版的MCGS组态6.2版本的。简单介绍一下蜂鸣器。蜂鸣器是一种电子讯响器，它是一体化结构的，供电方式是采用\t"/item/%E8%9C%82%E9%B8%A3%E5%99%A8/_blank"直流电压，广泛应用于各种电子产品，例如计算机、复印机、打印机、报警器、\t"/item/%E8%9C%82%E9%B8%A3%E5%99%A8/_blank"电子玩具等等，它在其中作发声器件。蜂鸣器主要有两种类型，一是\t"/item/%E8%9C%82%E9%B8%A3%E5%99%A8/_blank"压电式蜂鸣器，二是\t"/item/%E8%9C%82%E9%B8%A3%E5%99%A8/_blank"电磁式蜂鸣器。我在我的设计中是用灯来代替蜂鸣器的，当24秒时间到，灯会自动亮起，停止计时。下图4-2为软件系统组成图图4-2系统的软件电路硬件电路制作完成且程序编译下载后，根据实际情况对程序做出修改。硬件调试和软件调试同步进行，在软件调试过程中排除明显的硬件错误，然后对系统程序进行优化调整。测试5.1设计中难题1.程序的调试。在调试程序的过程中，我发现了很多问题。一开始写好了程序，发现数值显示不出来，经过查找知道了不应该用浮点数，而应该用16位二进制数来显示。当显示出来运行时又有不对的地方，24秒倒计时完了之后，会变成乱码，之后我查阅了相关的书籍，了解到可以用脉冲递指令，经过尝试发现没有之前的乱码问题了，成功解决这个问题。再次运行时，又遇到了麻烦，灯（即蜂鸣器）一直是亮着的，反复重启plc和组态，依然还是亮着，编译plc程序也是没有问题的，之后换了一台plc发现，没有之前的问题了，仔细一想，会不会是因为之前的程序没有清楚，导致一直显示之前的程序运行结果。随即我就试着将plc程序清除，重新导入，终于可以正常使用了。在编程序过程中还有一些小问题，都一一解决了，在这就不具体说明了。编写一个程序很重要的一个步骤就是程序的调试，根据自己的所想的框图写好代码后，不是写完就可以运行的，因为在编程序时有一些因素可能会造成程序没有办法编译，这等于代码不能使用，有时候会因为一个小小的字母搞错，就会让你半天找不到错误，虽然目标很小，但却是致命的，让你无法编译成功。说实话，调试的过程比写程序还要麻烦，有时候你模仿了别人的程序，然后写出自己所需的程序，写好了就是没有办法编译，成功不了，这是跟编程者的思想息息相关，编写程序最好模块分明，不仅自己能够清楚，而且还能使别人一目了然，让懂的人一看就知道你的思想，知道你编这个的意义，这是最重要的，所以要条理清晰，这是我调试程序的一些心得体会。2.分数和时间的实时掌控。通过对MCGS组态进行编程，能够显示当前的分数和时间，有误操作的地方需要及时改正。我们一定要将系统的抗干扰能力进一步提升和加强。5.2实验现象设备启动后，先把12分钟，24秒设置好，分数置位为零，上电，时间开始倒计时，当球员进球时，可进行加分，罚球一分，三分线以内两分，三分线以外三分，分数都是一分一分加上去的。第一节结束，时间停止，第二节开始，时间置位，继续倒计时，上半场结束，分数置换，第三节开始，时间置位，然后继续倒计时，全场结束以后，分数清零，时间置位。总结与展望6.1总结这次的系统设计主要叙述了篮球赛记分牌的基本原理以及使用方法，设计出了一种篮球赛记分牌的方案，该方案主要利用PLC编程的原理来实现篮球赛记分牌的各种功能。此次设计的篮球赛记分牌有几个特点，电路简单，而且比较容易看得懂，可以让使用者用起来非常便捷，设计的内容有计时，记分，比分显示等部分，这就可以让参加比赛的队员、裁判，还有场边坐着的观众能够很清楚的看到比赛双方分数的多少，时间的多少，这种篮球赛记分牌不仅仅是在篮球赛上可以用，还能广泛应用于各种各样的比赛，例如乒乓球竞赛，等等。这次的毕业设计让我收获颇丰，在此之前，我对于可编程逻辑控制器的了解还是比较片面的，在运用PLC软件编写程序和利用MCGS组态软件进行操控这两方面的能力还是比较薄弱的。此次毕业设计完成过后，我基本上可以比较熟练的掌握这些软件的使用，而且对我之前所学的一些专业相关的知识做了进一步的巩固和提高，我通过在图书馆查找和我这次毕业设计有关的书籍、论文、期刊还有在网络上的搜索等方法，掌握了一些之前专业课上没有学到过的，未涉及的知识,这让我深刻的意识到了自己对本专业知识的了解是多么的匮乏。在此同时，我也熟悉了很多的硬件设备，更重要的是让我在学习和掌握这些知识的情况下，能够让我打开我的思路，让我的思路更加的活跃。在此之前，我对于分析问题和解决问题的能力很差，而这次设计我对自己的方式是高标准，严要求，使得自己在分析问题和解决问题的能力上得到进一步的提升。这次毕业设计还锻炼和培养了我的基本素质，它使我做事更加的耐心，更加的细心，更加的谨慎。让我学会了坚持不懈，遇到困难的时候要不轻言放弃，努力克服困难，迎难而上。此次的毕业设计也更让我懂得了要把理论与实践相结合，有句话是这样说的，“实践是检验真理的唯一标准”，只有通过去实践，才能知道理论到底是正不正确的。当我们知道这些理论是正确的之后，我们就要学习理论，并且在实践中去运用这些理论，而且通过这次设计，我得到了一些经验，这些经验对我将来出社会之后的工作，为人处世方面很有帮助。当然，在毕业设计期间，指导老师也给予我热情的帮助和耐心的辅导。对于我解决不了的问题老师更是不厌其烦的给我讲解，直到我解决了这些问题为止，并且花费了大量时间对我的毕业论文进行了仔细的审阅，提出了适当的修改意见与建议，保证我的设计报告质量。6.2展望当今社会电子信息技术迅速普及，人们对电子电子产品的需求量是越来越大。二十一世纪的今天，科学技术不断地在发展，时代前进的脚步越迈越大，越迈越宽。应用自动化设备,计算机处理,现代化通讯，现代化显示设备，数字化信息等一些高新技术使人类迈向更高一层的智能化发展。目前,在我们生活的各个领域中，PLC无处不在。PLC已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等等，以上这些行业全都离不了PLC。它的使用情况还分为以下几种：开关量逻辑控制、工业过程控制、运动控制、过程控制、数据处理、通信及联网。PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的发展，现在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。可见无论是军事还是民用等各个领域都离不开PLC。通过设计这次篮球赛计分牌系统，让我更清楚的了解PLC程序设计的基本指令功能、编程步骤和技巧来讲述PLC编程，并对PLC的原理和结构进行了解并能够讲述出来，熟悉了基于PLC开发应用的相关产品的工作原理，和一些与之相关的电路设计和调