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文檔簡介
1、<p><b> 資料</b></p><p> 本科生畢業(yè)設(shè)計 </p><p> 糧倉管理系統(tǒng)的設(shè)計 </p><p> 學(xué) 院: ****************** <
2、;/p><p> 專 業(yè): ************ </p><p> 學(xué) 號: ************ </p><p> 學(xué)生姓名: ****** </p><p> 指導(dǎo)教師: *********
3、*** </p><p><b> ?。毞Q)</b></p><p> 二 〇 一 二 年 六 月</p><p><b> 摘 要</b></p><p> 隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展,單片機技術(shù)、自動檢測技術(shù)已廣泛應(yīng)用于社會的各個行業(yè)。</p><p&
4、gt; 本文主要采用單片機技術(shù)、自動檢測技術(shù)對糧倉管理系統(tǒng)進行應(yīng)用設(shè)計。設(shè)計的糧倉管理系統(tǒng)主要由51單片機為控制中心、DH11溫濕度傳感器、無線接發(fā)模塊、時鐘芯片、液晶、儲存芯片、上位機等部分組成。無線接發(fā)模塊將檢測到糧倉的實時溫、濕度發(fā)送給主機然后將數(shù)據(jù)傳到電腦,使系統(tǒng)能根據(jù)檢測到的情況和設(shè)置情況作出相應(yīng)的控制,為確保糧倉的良好環(huán)境提供了保證。</p><p> 文中詳細介紹了糧倉管理系統(tǒng)的設(shè)計方案的選擇、
5、硬件電路的組成、系統(tǒng)的工作原理、軟件程序的設(shè)計、系統(tǒng)的調(diào)試與檢測等,測試結(jié)果表明,所設(shè)計的系統(tǒng)能實現(xiàn)預(yù)定的各項功能,測試各項性能指標(biāo)全部達到設(shè)計的要求。</p><p> 關(guān)鍵詞: 51單片機;溫濕度傳感器;分機;無線收發(fā)模塊;主機;上位機 </p><p> Design of Management System in Granary</p><p><
6、b> *****</b></p><p><b> Abstract</b></p><p> With the rapid development of science and technology, microcomputer technology and automatic detection technology have been w
7、idely applied in the various sectors of society.</p><p> The monolithic integrated circuit technology and automatic detection technology are mainly used in application design of granary management system in
8、 this paper. With 51 single chip microcomputer working as control center, the design of granary management system is mainly composed of DH11 temperature, humidity sensor, a wireless receiving module, the clock chip, LCD,
9、 memory chips and so on. Wireless receiving module will detect the real-time temperature and humidity of the granary and send it to</p><p> The selection of design scheme, the hardware compositions, the wor
10、king principle, the design of software, the debugging and testing of the granary management system are introduced in detail in this paper. And it is showed in test that the system can achieve the predetermined functions
11、and the performance indicators all meet the requirements of this design.</p><p> Keywords: 51 control chip; Temperature and humidity sensor; Extension; Wireless transceiver module; Host; PC</p><p
12、><b> 目 錄</b></p><p><b> 1.選題背景1</b></p><p> 2.方案比較和選擇1</p><p> 2.1控制芯片的選擇2</p><p> 2.2溫度濕度傳感器的選擇2</p><p> 2.3無線收發(fā)模塊的選
13、擇4</p><p> 2.4主機與PC機傳輸?shù)倪x擇5</p><p> 3.系統(tǒng)方案的設(shè)計6</p><p> 4.硬件電路的設(shè)計6</p><p> 4.1 單片機控制系統(tǒng)的設(shè)計7</p><p> 4.2 溫度濕度傳感器電路的設(shè)計8</p><p> 4.3 無線收
14、發(fā)模塊8</p><p> 4.4 時鐘電路的設(shè)計9</p><p> 4.5 主機與PC機的傳輸設(shè)計10</p><p> 4.6 液晶電路的設(shè)計10</p><p> 4.7 儲存電路的設(shè)計12</p><p> 5.軟件部分的設(shè)計12</p><p> 6.系統(tǒng)的調(diào)
15、試13</p><p> 6.1 硬件的調(diào)試13</p><p> 6.2 軟件的調(diào)試14</p><p> 結(jié)論及尚存在的問題15</p><p><b> 參考文獻16</b></p><p><b> 致 謝17</b></p>&
16、lt;p> 附錄1 主機系統(tǒng)電路圖18</p><p> 附錄2 檢測單片機電路圖19</p><p> 附錄3 PC機界面20</p><p> 附錄4 主程序清單21</p><p><b> 糧倉管理系統(tǒng)的設(shè)計</b></p><p> 姓名:***** 學(xué)
17、號: ******* 班級:*******</p><p><b> 1.選題背景</b></p><p> 糧食是關(guān)系國計民生的重要戰(zhàn)略物資,吃飯始終是人類賴以生存和社會穩(wěn)定的頭等大事,保持糧食科學(xué)倉儲和流通至關(guān)重要,因此,開發(fā)一個結(jié)合現(xiàn)代計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)的糧管理控制系統(tǒng),可以簡化糧食存儲管理過程,保障糧食的安全,減少人力,提高效率,這對于推進糧
18、庫管理的現(xiàn)代化將具有非常重要的意義。</p><p> 糧倉測控技術(shù)的研究始于20世紀(jì)70年代,它是科學(xué)保糧的重要技術(shù)之一,隨著國家農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)政策的不斷完善,以及現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)川和推廣。國家糧食總產(chǎn)量不</p><p> 斷突破歷史新高。但國家的糧食儲備狀況自建國以來卻沒有得劍明顯改善。全國80%左右的糧食仍采川原始的存儲方式。初期,以銅電阻,熱敏電阻作為傳感器件,通過檢測
19、電阻的變化來反映糧食溫度的變化.為糧食保管提供參考依據(jù)。但此工作靠人一點一點測精、效率低準(zhǔn)確性差。在糧食部門各級領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)懷和糧食行業(yè)科技主管部門的人力支持,在糧食行業(yè)內(nèi)、外科技工作者近30年的共同努力下,糧食檢測技術(shù)不斷完善、提高、并日趨成熟,逐步形成了樣式繁多的糧情檢測系統(tǒng),為安全、科學(xué)儲糧起到了積極的作用。在儲藏過程中,糧食受溫度、濕度及其它因素的影響,可能出現(xiàn)發(fā)熱、霉變、蟲害等情況。為了減少糧食儲藏過程中的損失,保障糧食的品質(zhì)、質(zhì)
20、量,首先應(yīng)該及時準(zhǔn)確地把握糧食儲藏過程中各種物理因素的變化情況,找出其變化規(guī)律。法國儲糧專家Je.Lasseran,D.Berhant采用溫度調(diào)節(jié)器來控制溫度。實驗在一個500噸、高16米的中型倉中進行。研究表明,在低溫氣候下從夏季到秋季經(jīng)2~3次通風(fēng)每次要持續(xù)兒個晚上.每天4~10小時,可將溫度從300C降到SC(在英國氣候條件卜).在冬天糧溫可保持不變,井在春天有所上升,經(jīng)過一年的實踐表明:不僅甲生</p><p
21、> 本設(shè)計儲糧管理系統(tǒng)能及時檢測、保存糧倉的糧情信息(如糧溫、糧濕等),對于安全儲糧、歷史數(shù)據(jù)查詢、分析得出儲糧普遍規(guī)律都有積極的作用;對于早期糧情信息檢測手工作業(yè)效率低,勞動強度大、儲糧成本高等缺陷有明顯改變作用。能產(chǎn)生一定期的經(jīng)濟效益,也具有重大的社會效益。</p><p><b> 2.方案比較和選擇</b></p><p> 糧管理控制系統(tǒng)由51單
22、片機、溫濕度傳感器、液晶、無線收發(fā)模塊、DS1302時鐘芯片等元件組成,其中控制系統(tǒng)的選擇是關(guān)鍵,控制芯片的選擇既要求滿足控制的需求,又要省錢、易操作,總而言之是要求性價比達到最高,以便花最少的錢來設(shè)計出性能較好的系統(tǒng)。控制中心不僅要處理檢測到的數(shù)據(jù),還要根據(jù)設(shè)置來發(fā)出相應(yīng)的操作指令,因而是系統(tǒng)能自動化、智能化的關(guān)鍵。作為測控系統(tǒng),如何獲取精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)也十分關(guān)鍵,傳感器在系統(tǒng)中是實現(xiàn)測量的主要環(huán)節(jié),是測控系統(tǒng)必不可少的部件,如果沒有傳感器
23、對信號進行準(zhǔn)確可靠的檢測,一切準(zhǔn)確的測量和控制都將無法實現(xiàn)。工業(yè)生產(chǎn)過程的自動化測量和控制,幾乎主要依靠各種傳感器來檢測和控制生產(chǎn)過程中的各種參量,使設(shè)備和系統(tǒng)正常運行在最佳狀態(tài),從而保證生產(chǎn)的高效率和高質(zhì)量。</p><p> 2.1控制芯片的選擇 </p><p> 方案一:采用AT89S51單片機, AT89S51 為 ATMEL 所生產(chǎn)的可電氣燒錄清洗的8051 相容單芯片,其
24、內(nèi)部程序代碼容量為4KB。AT89S51主要功能列舉如下:</p><p> ?。?)為一般控制應(yīng)用的8位單芯片;</p><p> (2)晶片內(nèi)部具時鐘振蕩器(傳統(tǒng)最高工作頻率可至12MHz);</p><p> (3)內(nèi)部程式存儲器(ROM)為4KB;</p><p> (4)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器(RAM)為128B;</p>
25、<p> ?。?)外部程序存儲器可擴充至64KB;</p><p> ?。?)外部數(shù)據(jù)存儲器可擴充至64KB;</p><p> ?。?)32 條雙向輸入輸出線,且每條均可以單獨做I/O的控制; </p><p> ?。?)5 個中斷向量源;</p><p> ?。?)2 組獨立的16位定時器;</p>&l
26、t;p> (10)1 個全多工串行通信端口;</p><p> ?。?1)8751及8752單芯片具有數(shù)據(jù)保密的功能;</p><p> (12)單芯片提供位邏輯運算指令。</p><p> 方案二:選擇AT89S52單片機,AT89S52為ATMEL 所生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系統(tǒng)可編程Flsah存儲器。AT89S52主
27、要功能列舉如下:</p><p> ?。?)擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash;</p><p> ?。?)晶片內(nèi)部具時鐘振蕩器(傳統(tǒng)最高工作頻率可至12MHz);</p><p> ?。?)內(nèi)部程序存儲器(ROM)為8KB;</p><p> ?。?)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器(RAM)為256字節(jié);</p><p>
28、 ?。?)32個可編程I/O 口線;</p><p> ?。?)8個中斷向量源;</p><p> ?。?)三個16位定時器/計數(shù)器;</p><p> ?。?)三級加密程序存儲器;</p><p> ?。?)全雙工UART串行通道。</p><p> 對比兩個芯片的功能來看,AT89S52的性能比AT89S51要有
29、優(yōu)勢,但相對于我們設(shè)計的系統(tǒng)來說,AT89S51能滿足了們的設(shè)計要求了,從性價比來選擇,選擇AT89S51更符合我們的設(shè)計要求。</p><p> 2.2溫、濕度傳感器的選擇</p><p> 方案一:采用pt100溫度傳感器。pt100是鉑熱電阻,它的阻值跟溫度的變化成正比。PT100的阻值與溫度變化關(guān)系為:當(dāng)PT100溫度為0℃時它的阻值為100歐姆,在100℃時它的阻值約為138
30、.5歐姆。它的工業(yè)原理:當(dāng)PT100在0攝氏度的時候他的阻值為100歐姆,它的阻值會隨著溫度上升而成勻速增長的。</p><p> 濕度檢測采用HS1100/HS1101濕度傳感器。HS1100/HS1101電容傳感器,在電路構(gòu)成中等效于一個電容器件,其電容量隨著所測空氣濕度的增大而增大。不需校準(zhǔn)的完全互換性,高可靠性和長期穩(wěn)定性,快速響應(yīng)時間,專利設(shè)計的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu),由頂端接觸(HS1100)和側(cè)面接觸(H
31、S1101)兩種封裝產(chǎn)品,適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路,適宜于制造流水線上的自動插件和自動裝配過程等。相對濕度在1%---100%RH范圍內(nèi);電容量由16pF變到200pF,其誤差不大于±2%RH;響應(yīng)時間小于5S;溫度系數(shù)為0.04 pF/℃。可見精度是較高的。</p><p> 方案二:溫度檢測采用DS18B20,DS18B20的主要特性:適應(yīng)電壓范圍更寬,電壓范圍:3.0~5.5V,在寄
32、生電源方式下可由數(shù) 據(jù)線供電;獨特的單線接口方式;DS18B20支持多點組網(wǎng)功能,多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上,實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫;溫范圍-55℃~+125℃,在-10~+85℃時精度為±0.5℃;DS18B20數(shù)字溫度傳感器接線方便,封裝成后可應(yīng)用于多種場合,如管道式,螺紋式,磁鐵吸附式,不銹鋼封裝式,型號多種多樣,有LTM8877,LTM8874等等。</p><p> 濕度檢測采用HS
33、1100/HS1101濕度傳感器。HS1100/HS1101電容傳感器,在電路構(gòu)成中等效于一個電容器件,其電容量隨著所測空氣濕度的增大而增大。不需校準(zhǔn)的完全互換性,高可靠性和長期穩(wěn)定性,快速響應(yīng)時間,專利設(shè)計的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu),由頂端接觸(HS1100)和側(cè)面接觸(HS1101)兩種封裝產(chǎn)品,適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路,適宜于制造流水線上的自動插件和自動裝配過程等。相對濕度在1%---100%RH范圍內(nèi);電容量由16pF變到20
34、0pF,其誤差不大于±2%RH;響應(yīng)時間小于5S;溫度系數(shù)為0.04 pF/℃??梢娋仁禽^高的。</p><p> 方案三:采用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器。DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù),確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件,并與一個高性能8位單片機相連接。
35、因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。每個DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲存在OTP內(nèi)存中,傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口,使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗,信號傳輸距離可達20米以上,使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選則。產(chǎn)品為4 針單排引腳封裝,連接方便,測量范圍20-90%RH 0-50℃測濕精度
36、177;5%RH測溫精度±2℃分辨力1單排直插。</p><p> 方案一、方案二都是由溫度傳感器與濕度傳感器組合起來,由單片機分別控制溫度與濕度的檢測與處理,而方案三是一個傳感器就能檢測到溫度與濕度,檢測的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度符合電路的數(shù)據(jù)要求,從各方面綜合考慮選擇方案三,DHT11溫濕度傳感器具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點,完全符合電路的設(shè)計要求。</p><p&
37、gt; 2.3無線收發(fā)模塊的選擇</p><p> 方案一:RF1100-TTL無線串口收發(fā)模塊,采用TI公司的高性能CC1101無線通信芯片,433MHz免費ISM頻段免許可證使用,串口TTL通訊方式,透明傳輸,應(yīng)用簡單無需編程即可使用,極大方便使用,提供多達256個信道,低功耗工作,直線傳輸距離可達150米,可廣泛應(yīng)用于無線抄表、工業(yè)遙控等無線數(shù)傳領(lǐng)域。</p><p> RF1
38、100-TTL基本性能及特點:低功耗模塊,最大發(fā)射功率10mW;工作電壓5V,直流供電;</p><p> 工作于433MHz免費ISM頻段,免許可證使用(420MHz~440MHz);高抗干擾能力和低誤碼率,基于FSK的調(diào)制方式,采用高效前向糾錯和信道交織編碼技術(shù),提高了數(shù)據(jù)抗隨機干擾和突發(fā)干擾的能力,在信道誤碼率為10-2時,可得到實際誤碼率10-5~10-6;支持透明的數(shù)據(jù)傳輸及DL/645規(guī)約。提供透明
39、的數(shù)據(jù)接口,能適應(yīng)任何標(biāo)準(zhǔn)或非標(biāo)準(zhǔn)的用戶協(xié)議。自動過濾掉空中產(chǎn)生的假數(shù)據(jù)(所收即所發(fā));通信軟件支持無線抄表系統(tǒng)的DL/645規(guī)約;最大256個可編程信道(20M頻段)??梢园凑?00KHz間隔頻點則可以提供至少256個信道,滿足用戶多種通信組合方式;接口方式為TTL電平接口;采用專業(yè)的單芯片模塊設(shè)計,降低了用戶使用成本;大的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。接口波特率等于空中有效波特率,提供3種用戶可選波特率:4800、9600、19200bps(接口速率
40、最高可設(shè)置到19200bps),數(shù)據(jù)格式為8N1/8E1/8O1用戶自定義,可傳輸最長為30字節(jié)的數(shù)據(jù)幀,用戶編程更靈活。</p><p> 方案二:NBC905_V2.0,是基于挪威NORDIC公司的最新封裝改版NRF905無線收發(fā)IC基礎(chǔ)上優(yōu)化設(shè)計的一款高性能433M無線收發(fā)模塊。模塊具有體積小,距離遠,功耗低,通信穩(wěn)定,抗干擾性強等特點。</p><p> NBC905_V2.0
41、主要有如下參數(shù)特點:工作電壓范圍:DC1.9V-DC3.6V;采用GFSK調(diào)制,433Mhz開放ISM頻段免許可證使用;接收發(fā)送功能合一,收發(fā)完成中斷標(biāo)志;170個頻道,滿足多點通訊和跳頻通訊需求,實現(xiàn)組網(wǎng)通訊,TDMA-CDMA-FDMA;內(nèi)置硬件8/16位CRC校驗,開發(fā)更簡單,數(shù)據(jù)傳輸可靠穩(wěn)定;接收靈敏度達-100dBm;收發(fā)模式切換時間< 650us;每次最多可發(fā)送接收32字節(jié),并可軟件設(shè)置發(fā)送/接收緩沖區(qū)大小2/4/8/
42、16/32字節(jié);模塊可軟件設(shè)地址,只有收到本機地址時才會輸出數(shù)據(jù)(提供中斷指示),可直接接各種單片機使用,軟件編程非常方便;最大發(fā)射功率10毫瓦,發(fā)射模式:最大電流<30mA;接收模式:電流12.2mA;內(nèi)置SPI接口,也可通過I/O口模擬SPI實現(xiàn)。最高SPI時鐘可達10M;發(fā)射速率50 Kbps,外置433MHz天線,空曠通訊距離可達300米左右,室內(nèi)通信3-6層可實現(xiàn)可靠通信,抗干擾性能強,很強的障礙穿透性能;</p&
43、gt;<p> 方案三:nRF24.L01是一款新型單片射頻收發(fā)器件,工作于2.4 GHz~2.5 GHz ISM頻段。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊,并融合了增強型ShockBurst技術(shù),其中輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。nRF24L01功耗低,在以-6 dBm的功率發(fā)射時,工作電流也只有9 mA;接收時,工作電流只有12.3 mA,多種低功率工作模式(掉電模式和空閑模式)使節(jié)能設(shè)計
44、更方便。</p><p> NRF24L01基本特性:</p><p> ?。?)2Mbit/s速率下接收時的峰值電流12.5mA;</p><p> ?。?)在2Mbit/s速率下@0dBm輸出時的峰值電流11mA;</p><p> ?。?)掉電模式下的功耗400nA;</p><p> ?。?)待機模式下的功耗
45、32uA;</p><p> ?。?)130us 的快速切換和喚醒時間;</p><p> ?。?)具有片內(nèi)穩(wěn)壓器oltage regulators;</p><p> ?。?)可在1.9 to 3.6V低電壓工作;</p><p> ?。?)MultiCeiverMT硬件提供同時6個接收機的功能,2Mbit/s 使得高質(zhì)量的VoIP 成為可
46、能。</p><p> 綜合各方面的條件,選擇方案三,因為nRF24.L01內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊,使我們設(shè)計的電路更加可靠與穩(wěn)定,有多種低功率工作模式(掉電模式和空閑模式)使設(shè)計更方便。</p><p> 2.4主機與PC機傳輸?shù)倪x擇</p><p><b> 方案一:無線傳輸</b></p>
47、;<p> PC機與單片機通過無線信道傳輸數(shù)據(jù)。無線傳輸方案通過串口來實現(xiàn)PC機與單片機之間的雙工通信。無線傳輸可以用不同的方式來實現(xiàn),常用的有紅外方式、藍牙方式,其他的還有射頻收發(fā)芯片如CC1100,PT2262/2272芯片等。</p><p> 紅外通信是利用950 nm近紅外波段的紅外線作為傳遞信息的載體,通過紅外光在空中的傳播來傳遞信息,由紅外發(fā)射器和接收器實現(xiàn)。發(fā)射端將二進制數(shù)字信號
48、調(diào)制成某一頻率的脈沖序列,經(jīng)電光轉(zhuǎn)換電路,驅(qū)動紅外發(fā)射管以光脈沖的形式發(fā)送到空中。接收端將接收到的光脈沖轉(zhuǎn)換成電信號,再經(jīng)解調(diào)和譯碼后恢復(fù)出原二進制數(shù)字信號。其最大優(yōu)點是:不易被人發(fā)現(xiàn)和截獲,保密性強;幾乎不會受到電氣、天電、人為干擾,抗干擾性強。此外,紅外線通信機體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉。不足之處在于它必須在視距內(nèi)通信,且傳播受天氣的影響。</p><p> 方案二:有線傳輸方式</p>
49、<p> PC機與單片機之間通過電纜線傳輸數(shù)據(jù)。有線傳輸?shù)膬?yōu)勢是性能比較穩(wěn)定,調(diào)試簡單,而不足之處在于它的應(yīng)用范圍不夠廣、性能不夠好,而且傳輸距離受限,這樣就大大影響了系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。單片機有一個全雙工的串行通訊口,所以單片機和電腦之間可以方便地進行串口通訊。進行串行通訊時要滿足一定的條件,比如電腦的串口是RS232電平的,而單片機的串口是TTL電平的,兩者之間必須有一個電平轉(zhuǎn)換電路,我們采用了專用芯片MAX232進行電
50、平轉(zhuǎn)換。</p><p> 由于本設(shè)計的傳輸距離不遠、需要穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸,無線傳輸容易受到干擾而有線傳輸?shù)膬?yōu)勢是性能比較穩(wěn)定、調(diào)試簡單,所以綜合本次設(shè)計的要求選擇用芯片MAX232的有線傳輸。</p><p><b> 3.系統(tǒng)方案的設(shè)計</b></p><p> 糧倉管理系統(tǒng)的設(shè)計選用AT89S51芯片,配以溫濕度傳感器、無線接發(fā)模塊、
51、串口通信、上位機等器件,實現(xiàn)了主機控制多分機糧倉檢測功能,通過無線接發(fā)模塊將分機檢測到的糧倉實時溫度、濕度傳回到主機然后用有線方式傳輸傳到PC機,使系統(tǒng)能根據(jù)檢測到的情況作出相應(yīng)的控制,為管理糧倉提供更加合理和有效的系統(tǒng)。糧倉管理系統(tǒng)的設(shè)計的系統(tǒng)框圖如圖3-1所示:</p><p> 圖3-1糧倉管理系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖</p><p><b> 4.硬件電路的設(shè)計</b&g
52、t;</p><p> 硬件電路的設(shè)計主要分為兩大塊主機電路的設(shè)計與測量單片機電路的設(shè)計,包括單片機控制電路、溫濕度檢測電路、無線收發(fā)電路、液晶顯示、單片機與PC機通信電路、儲存模塊等電路。主機系統(tǒng)原理圖如圖4-1所示</p><p> 圖4-1主機系統(tǒng)原理圖</p><p> 測量單片機系統(tǒng)原理圖如圖4-2所示</p><p> 圖
53、4-2測量單片機系統(tǒng)原理圖</p><p> 4.1 單片機控制系統(tǒng)的設(shè)計</p><p> 控制系統(tǒng)選用AT89S51單片機,AT89S51是一個低功耗,高性能CMOS 8位單片機,片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造,兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指
54、令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu),芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元,功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。</p><p> AT89S51具有如下特點:40個引腳,4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器,128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM),32個外部雙向輸入/輸出(I/O)口,5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷,2個16位可編程
55、定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口,看門狗(WDT)電路,片內(nèi)時鐘振蕩器。單片機最小系統(tǒng)電路圖如圖4-3所示</p><p> 圖4-3單片機最小系統(tǒng)電路圖 </p><p> 4.2 溫度濕度傳感器電路的設(shè)計</p><p>
56、 溫度濕度傳感器電路主要通過DHT11傳感器檢測,DHT11是一款含有已校準(zhǔn)熟悉信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器,它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù),確保產(chǎn)品具有極高的可靠性和卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件,并與一個高性能8位單片機相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。每個DHT11傳感器都在即為精確的濕度校驗室中進行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式存在OTP內(nèi)存中
57、,傳感器內(nèi)部在檢測型號的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口,使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗,信號傳輸距離可達20米以上,使其成為給類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選擇。產(chǎn)品為4針單排引腳封裝,連接方便。DHT11的電路圖如圖4-4所示 </p><p> 圖4-4 DHT11的電路圖</p><p> 4.3 無線收發(fā)模塊</p><p
58、> nRF24.L01是一款新型單片射頻收發(fā)器件,工作于2.4 GHz~2.5 GHz ISM頻段。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊,并融合了增強型ShockBurst技術(shù),其中輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。</p><p> 工作原理:發(fā)射數(shù)據(jù)時,首先將nRF24L01配置為發(fā)射模式:接著把接收節(jié)點地址TX_ADDR和有效數(shù)據(jù)TX_PLD按照時序由SPI口寫入nRF24
59、L01緩存區(qū),TX_PLD必須在CSN為低時連續(xù)寫入,而TX_ADDR在發(fā)射時寫入一次即可,然后CE置為高電平并保持至少10μs,延遲130μs后發(fā)射數(shù)據(jù);若自動應(yīng)答開啟,那么nRF24L01在發(fā)射數(shù)據(jù)后立即進入接收模式,接收應(yīng)答信號(自動應(yīng)答接收地址應(yīng)該與接收節(jié)點地址TX_ADDR一致)。如果收到應(yīng)答,則認為此次通信成功,TX_DS置高,同時TX_PLD從TX FIFO中清除;若未收到應(yīng)答,則自動重新發(fā)射該數(shù)據(jù)(自動重發(fā)已開啟),若重
60、發(fā)次數(shù)(ARC)達到上限,MAX_RT置高,TX FIFO中數(shù)據(jù)保留以便在次重發(fā);MAX_RT或TX_DS置高時,使IRQ變低,產(chǎn)生中斷,通知MCU。最后發(fā)射成功時,若CE為低則nRF24L01進入空閑模式1;若發(fā)送堆棧中有數(shù)據(jù)且CE為高,則進入下一次發(fā)射;若發(fā)送堆棧中無數(shù)據(jù)且CE為高,則進入空閑模式2。 </p><p> 接收數(shù)據(jù)時,首先將nRF24L01配置為接收模式,接著延遲130μs進入接收狀態(tài)等待數(shù)
61、</p><p> 據(jù)的到來。當(dāng)接收方檢測到有效的地址和CRC時,就將數(shù)據(jù)包存儲在RX FIFO中,同時中斷標(biāo)志位RX_DR置高,IRQ變低,產(chǎn)生中斷,通知MCU去取數(shù)據(jù)。若此時自動應(yīng)答開啟,接收方則同時進入發(fā)射狀態(tài)回傳應(yīng)答信號。最后接收成功時,若CE變低,則nRF24L01進入空閑模式1。nRF24L01單端射頻輸出原理圖如圖4-5所示</p><p> 圖4-5nRF24L01 單
62、端射頻輸出原理圖</p><p> 4.4 時鐘電路的設(shè)計(主)</p><p> 時鐘電路采用了DS1302芯片,DS1302 是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路,它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時,具有閏年補償功能,工作電壓為2.5V~5.5V。采用三線接口與CPU進行同步通信,并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。D
63、S1302內(nèi)部有一個31×8的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級產(chǎn)品,與DS1202兼容,但增加了主電源/后備電源雙電源引腳,同時提供了對后備電源進行涓細電流充電的能力。時鐘芯片的電路圖如圖4-6所示</p><p> 圖4-6時鐘芯片的電路圖</p><p> 4.5 主機與PC機的傳輸設(shè)計</p><p> 主機與
64、PC機的通信采用MAX232芯片,該產(chǎn)品是由德州儀器公司(TI)推出的一款兼容RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片。由于電腦串口rs232電平是-10v +10v,而一般的單片機應(yīng)用系統(tǒng)的信號電壓是ttl電平0 +5v,max232就是用來進行電平轉(zhuǎn)換的,該器件包含2驅(qū)動器、2接收器和一個電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA-232-F電平。</p><p> 該器件符合TIA/EIA-232-F標(biāo)準(zhǔn),每一個接收器將TIA/EIA
65、-232-F電平轉(zhuǎn)換成5-V TTL/CMOS電平。每一個發(fā)送器將TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA-232-F電平。</p><p><b> 主要特點 :</b></p><p> ?。?)單5V電源工作;</p><p> (2)LinBiCMOSTM工藝技術(shù);</p><p> ?。?)兩個驅(qū)動器及兩個
66、接收器;</p><p> ?。?)±30V輸入電平;</p><p> ?。?)低電源電流:典型值是8mA;</p><p> ?。?)符合甚至優(yōu)于ANSI標(biāo)準(zhǔn) EIA/TIA-232-E及ITU推薦標(biāo)準(zhǔn)V.28;</p><p> ?。?)ESD保護大于MIL-STD-883(方 法3015)標(biāo)準(zhǔn)的2000V。</p>
67、;<p> MAX232的電路圖如圖4-7所示</p><p> 圖4-7 MAX232的電路圖</p><p> 4.6 液晶電路的設(shè)計</p><p> 液晶顯示電路采用了12864液晶模塊,液晶模塊的軟件特性主要由ST7920 控制驅(qū)動器決定。ST7920 同時作為控制器和驅(qū)動器,它可提供33 路com 輸出和64 路seg輸出。在驅(qū)動
68、器ST7921 的配合下,最多可以驅(qū)動256×32 點陣液晶。ST7920 系列產(chǎn)品硬件特性如下:</p><p> ?。?)提供 8 位,4 位并行接口及串行接口可選;</p><p> ?。?)并行接口適配 M6800 時序;</p><p> ?。?)自動電源啟動復(fù)位功能;</p><p> ?。?)內(nèi)部自建振蕩源;</
69、p><p> (5)64×16 位字符顯示RAM(DDRAM 最多16 字符×4 行,LCD 顯示范圍16×2 行);</p><p> ?。?)2M 位中文字型ROM(CGROM),總共提供8192 個中文字型(16×16 點陣);</p><p> ?。?)16K 位半寬字型ROM(HCGROM),總共提供126 個西文字型
70、(16×8 點陣);</p><p> (8)64×16 位字符產(chǎn)生RAM(CGRAM);</p><p> (9)15×16 位總共240 點的ICON RAM(ICONRAM)。</p><p> ST7920 系列產(chǎn)品軟件特性如下:</p><p> (1)文字與圖形混合顯示功能;</p>
71、;<p> ?。?)畫面清除功能;</p><p> ?。?)光標(biāo)歸位功能;</p><p> ?。?)顯示開/關(guān)功能;</p><p> ?。?)光標(biāo)顯示/隱藏功能;</p><p> ?。?)顯示字體閃爍功能;</p><p> ?。?)光標(biāo)移位功能功能</p><p> (
72、8)顯示移位功能;</p><p> ?。?) 垂直畫面旋轉(zhuǎn)功能;</p><p> ?。?0)反白顯示功能;</p><p><b> ?。?1)休眠模式。</b></p><p> 利用液晶的顯示功能,我們可以將檢測到的溫濕度和時間在液晶上顯示,并通過按鍵來對系統(tǒng)進行設(shè)置。12864的電路圖如圖4-8所示</
73、p><p> 圖4-812864的電路圖</p><p> 4.7 儲存電路的設(shè)計</p><p> 本電路主要采用了AT24C02,AT24C02是一個2K位串行CMOS E2PROM, 內(nèi)部含有256個8位字節(jié),CATALYST公司的先進CMOS技術(shù)實質(zhì)上減少了器件的功耗。AT24C02有一個16字節(jié)頁寫緩沖器。該器件通過IC總線接口進行操作,有一個專門的寫保
74、護功能。我們將檢測到得溫濕度寫入到AT24C02中,當(dāng)需要時候又可以從中讀取出來。AT24C02的電路圖如圖4-9所示</p><p> 圖4-9AT24C02的電路圖</p><p><b> 5.軟件部分的設(shè)計</b></p><p> 軟件部分設(shè)計包括:串口與PC機通信的設(shè)計,溫濕度程序設(shè)計,液晶顯示程序設(shè)計,無線收發(fā)程序設(shè)計等……
75、</p><p> 主機系統(tǒng)流程圖如圖5-1所示:</p><p> 圖5-1主機系統(tǒng)程序流程圖</p><p> 檢測單片機系統(tǒng)如圖5-2所示:</p><p> 圖5-2檢測單片機系統(tǒng)</p><p><b> 6.系統(tǒng)的調(diào)試</b></p><p> 調(diào)試
76、工具:萬用表、信號發(fā)生器、示波器、KEIL編譯軟件、STC下載軟件、VC++6.0編譯軟件等。</p><p> 6.1 硬件的調(diào)試</p><p> 首先按照電路圖,畫出PCB,然后制板。在焊元器件前要用萬用表檢查電路的各線路有沒有短路與斷路的,做完這些工作之后再焊接元器件。在焊元器件的時候要注意虛焊與元件之間不要短接,焊好之后用萬用表檢測元器件間是否通路。確定無誤之后上電,看看指
77、示燈是否正常,然后測量各個腳的電壓,最后再插入芯片。</p><p> 硬件的實物圖如下圖6-1主機硬件圖:</p><p><b> 圖6-1主機硬件圖</b></p><p> 檢測單片機電路圖6-2如下:</p><p> 圖6-2檢測單片機電路圖</p><p> 6.2 軟件
78、的調(diào)試</p><p> 軟件調(diào)試分為三部分:</p><p> ?。?)主機的調(diào)試:主要有幾個子程序,時鐘的調(diào)試、液晶的顯示、無線收發(fā)的接收、按鍵的設(shè)置、自動降溫除濕的設(shè)置、串口通信等;</p><p> ?。?)檢測單片機的調(diào)試:DHT11傳感器獲取溫濕度的調(diào)試、無線收發(fā)的數(shù)據(jù)發(fā)送調(diào)試;</p><p> (3)PC機界面的調(diào)試:界面
79、的設(shè)計、數(shù)據(jù)的顯示。</p><p><b> 結(jié)論及尚存在的問題</b></p><p> 本設(shè)計主要采用單片機技術(shù)、自動檢測技術(shù)對糧倉管理系統(tǒng)進行應(yīng)用設(shè)計,所設(shè)計的系統(tǒng)完滿完成了設(shè)計的要求,實現(xiàn)了設(shè)計的各項功能,具體包括:</p><p> ?。?)能檢測到各倉庫的溫度與濕度,并在液晶上顯示;</p><p>
80、?。?)能利用按鍵設(shè)置臨界值,當(dāng)超過之后會自動報警并提示是那個房間那種值超標(biāo),然后自動采取相應(yīng)的措施來除濕與降溫保持倉庫的良好環(huán)境;</p><p> ?。?)能通過無線發(fā)收模塊將檢測到的值傳到電腦上,可以通過界面來監(jiān)控糧倉的情況;</p><p> (4)能利用按鍵來查閱某段時間的溫濕度,更好了解倉庫溫濕度的變化情況;</p><p> ?。?)通過時鐘芯片,能
81、設(shè)置時間與顯示;</p><p> 通過多次的檢測、測試,證明糧倉管理系統(tǒng)的設(shè)計比較穩(wěn)定,各個功能都能按照我們的設(shè)想進行工作,有比較好的智能化與自動化,能利用一臺主機對多臺分機進行監(jiān)測,糧倉管理系統(tǒng)的應(yīng)用,大大緩解了糧食倉儲的壓力,它能及時、準(zhǔn)確、快速地反映糧堆溫度、濕度的變化情況,既省時又省力。</p><p> 本設(shè)計系統(tǒng)如果能利用WIFI來進行通信,則效果會更加好,數(shù)據(jù)傳輸更加穩(wěn)
82、定,但由于時間與技術(shù)有限,無法完成這樣的設(shè)計,待以后有機會的再繼續(xù)努力改進。</p><p><b> 參考文獻</b></p><p> [1] 周航慈.單片機應(yīng)用程序設(shè)計[M].北京航空航天大學(xué)出版社,1991 </p><p> [2] 何希才、虹敏.傳感器應(yīng)用接口電路[M].機械工業(yè)出版社,1997</p>&
83、lt;p> [3] 劉篤仁、韓保君.傳感器原理及應(yīng)用技術(shù)[M].機械工業(yè)出版社,2003.8</p><p> [4] 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ).高等教育出版社[M],2003.6</p><p> [5] <美>M考夫曼、AH塞德.電子計算手冊[M].國防工業(yè)出版社,1985</p><p> [6] 李建民.單片機在溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].
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87、[17] 王武江,陳樹海.常用集成電路速查手冊[J] [M].冶金工業(yè)出版社,2002.</p><p> [18] 陳明熒.89C51單片機課程設(shè)計實訓(xùn)教程[M].清華大學(xué)出版社,2001.</p><p> [19] 王福瑞.單片機測控系統(tǒng)設(shè)計[J].北京航空航天大學(xué)出版社,1996.</p><p> [20] 郁慧綈.微機系統(tǒng)及其接口技術(shù)[M].南京東
88、南大學(xué)出版社,1999.</p><p><b> 致 謝 </b></p><p> 大學(xué)的最后一份作業(yè)——畢業(yè)設(shè)計終于完成了,在這里非常感謝我的指導(dǎo)老師——***老師。在四年的大學(xué)生活里,***老師做了我兩次的指導(dǎo)老師,第一次是2010年的****省智能家居電子大賽,第二次是畢業(yè)設(shè)計。記得參加****省電子大賽的時候,我什么都不懂、基本上是空白,但在****
89、老師的悉心教導(dǎo)下,我獲得了很大的進步,最后拿到了****省電子大賽三等獎。而這次的畢業(yè)設(shè)計****老師更是親切關(guān)懷與細心指導(dǎo),****老師治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn),學(xué)識淵博,思想深邃,視野雄闊,為我營造了一種良好的精神氛圍。授人以魚不如授人以漁,置身其間,耳濡目染,潛移默化,使我不僅接受了全新的思想觀念,樹立了宏偉的學(xué)術(shù)目標(biāo),領(lǐng)會了基本的思考方式,從論文題目的選定到論文寫作的指導(dǎo),經(jīng)由您悉心的點撥,再經(jīng)思考后的領(lǐng)悟,常常讓我有“山重水復(fù)疑無路,柳暗花明
90、又一村”。 </p><p> 大學(xué)四年的生活即將結(jié)束,在此感謝在大學(xué)四年里給我教導(dǎo)的老師,是你們讓我渡過了人生中最美好的大學(xué)生活,是你們讓我遨游在知識的海洋里,是你們讓我學(xué)到了有用的知識更讓我懂得了如何做人,使我受益終生。即將步入社會,我不會辜負你們對我的期望,會在社會中闖蕩一番,實現(xiàn)自己的理想。</p><p> 附錄1 主機系統(tǒng)電路圖</p><p>
91、附圖1 主機系統(tǒng)原理圖</p><p> 附錄2 檢測單片機電路圖</p><p> 附圖2檢測單片機電路圖</p><p><b> 附錄3 PC機界面</b></p><p> 附圖3 PC機界面圖</p><p><b> 附錄4 主程序清單</b><
92、/p><p> #include"include.h"</p><p> #include"wuxian.h"</p><p> //#include"24c02.h"</p><p> #include"lcd12864.h"</p><
93、p> //#include"USART.h"</p><p> #include"ds1302.h"</p><p> #include"isd1700.h"</p><p> #include"wuxian.c"</p><p> //#incl
94、ude"24C02.c"</p><p> #include"lcd12864.c"</p><p> #include"ds1302.c"</p><p> //#include"isd1700.c"</p><p> #include"dis
95、play_data.c"</p><p> #include"key.C"</p><p> void main()</p><p><b> {</b></p><p> // L1=0;</p><p><b> //L2=0;&l
96、t;/b></p><p> Set_RTC();</p><p><b> //RST=0;</b></p><p> //InitUsart();</p><p> //WEIGOU;</p><p> com();//寫時間信息</p>
97、<p> //ISD_Init(); //語音初始化</p><p> LCDInit(); //LCM初始化</p><p> init_io(); //無線初始化</p><p> RX_Mode(); //無線初始化</p><p> Time_init();</p><
98、p> TMOD|=0x20;</p><p><b> SM0=0;</b></p><p><b> SM1=1;</b></p><p><b> TH1=0xfd;</b></p><p><b> TL1=0xfd;</b><
99、;/p><p><b> REN=1;</b></p><p><b> TR1=1;</b></p><p><b> EA=1 ;</b></p><p><b> while(1)</b></p><p><b>
100、; { </b></p><p> Read_RTC();//讀時間信息</p><p> display_time();</p><p> display_data(); </p><p> //wuxian();</p><p> key_fangdao();<
101、/p><p> // com();</p><p> //UsartPutchar(RX_BUF[1]);</p><p> //UsartPutchar(RX_BUF[2]);</p><p> //UsartPutchar(RX_BUF[0]);</p><p><b> } </b&
102、gt;</p><p><b> } </b></p><p> void time0() interrupt 1</p><p><b> {</b></p><p> TH0=(65536-900)/256;</p><p> TL0=(65536-900)
103、%256;</p><p><b> //com();</b></p><p> if(wuxian_time<2001)</p><p><b> {</b></p><p> wuxian_time++;</p><p> if(wuxian_time==
104、500)</p><p> CheckButtons();</p><p> if(wuxian_time==1000)</p><p><b> {</b></p><p> CheckButtons2();</p><p><b> }</b></p&g
105、t;<p> if(wuxian_time==1500)</p><p><b> {</b></p><p><b> //com();</b></p><p><b> }</b></p><p> if(wuxian_time==2000)<
106、;/p><p> wuxian_time=0;</p><p><b> } </b></p><p> /*if(wuxian_time2<10001)</p><p><b> {</b></p><p> wuxian_time2++;</p>
107、<p> if(wuxian_time2==10000)</p><p><b> {</b></p><p> wuxian_time2=0;</p><p><b> TR0=0;</b></p><p> delay(50000);</p><p&g
108、t; delay(50000);</p><p> delay(50000);</p><p><b> TR0=1;</b></p><p><b> }</b></p><p><b> } */</b></p><p> /*if(
109、weigou1<60001)</p><p><b> {</b></p><p> weigou1++;</p><p> if(weigou1==60000)</p><p><b> {</b></p><p> weigou2++;</p&g
110、t;<p> weigou1=0;</p><p> if(weigou2==10)</p><p><b> WEIGOU;</b></p><p><b> }</b></p><p><b> } */</b></p><p&
111、gt;<b> } </b></p><p> void com_isr(void) interrupt 4</p><p><b> {</b></p><p> /*unsigned char tmp;//定義變量接收串口數(shù)據(jù)</p><p> RI=0;//將寄存
112、器復(fù)位等待接收下一個</p><p> tmp=SBUF;//將接收的數(shù)據(jù)存于變量中</p><p><b> P0=tmp;</b></p><p><b> SBUF=tmp;</b></p><p> while(!TI);</p><p><b
113、> TI=0; */</b></p><p> unsigned char temp[2];</p><p><b> if(RI!=1)</b></p><p><b> return;</b></p><p><b> RI=0;</b><
114、;/p><p> temp[0]=SBUF;</p><p> while(!RI);</p><p><b> RI=0;</b></p><p> temp[1]=SBUF;</p><p><b> com();</b></p><p>
115、 if(temp[0]==0x02)</p><p><b> {</b></p><p> SBUF=0x38;</p><p> while(!TI);</p><p><b> TI=0;</b></p><p> SBUF=l_tmp_room1[0];&l
116、t;/p><p> while(!TI);</p><p><b> TI=0;</b></p><p> SBUF=l_tmp_room1[1];</p><p> while(!TI);</p><p><b> TI=0;</b></p><p
117、> SBUF=l_tmp_room1[2];</p><p> while(!TI);</p><p><b> TI=0;</b></p><p> SBUF=l_tmp_room1[3];</p><p> while(!TI);</p><p><b> TI=0
118、;</b></p><p> SBUF=l_tmp_room2[0];</p><p> while(!TI);</p><p><b> TI=0;</b></p><p> SBUF=l_tmp_room2[1];</p><p> while(!TI);</p&g
119、t;<p><b> TI=0;</b></p><p> SBUF=l_tmp_room2[2];</p><p> while(!TI);</p><p><b> TI=0;</b></p><p> SBUF=l_tmp_room2[3];</p>&l
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