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1、 本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))開(kāi)題報(bào)告 題 目: 倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 院: XX學(xué)院 專(zhuān) 業(yè): 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 班 級(jí): 201X級(jí) 學(xué) 號(hào): XX 學(xué)生姓名: XX 指導(dǎo)教師: XX 2016年 2月 23 日貴州大學(xué)本科生畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))開(kāi)題報(bào)告表論文(設(shè)計(jì))名稱(chēng)倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文(設(shè)計(jì)) 來(lái)源教師擬題論文(設(shè)計(jì))類(lèi)型設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師XX學(xué)生姓名XX學(xué)號(hào)XX班級(jí)20XX 級(jí)一、設(shè)計(jì)的目的和意義: 倒車(chē)?yán)走_(dá)(car reversing aid system)是汽車(chē)泊車(chē)時(shí)的安全輔助裝置,能以聲音警示和距離顯示提醒駕駛員后方障礙物的情況,解除了駕駛員泊車(chē)和起動(dòng)車(chē)輛時(shí)前后左右探視的困擾1。超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)
2、也叫“倒車(chē)防撞雷達(dá)”,是汽車(chē)在停車(chē)或者倒車(chē)時(shí)的輔助設(shè)備,由超聲波傳感器(俗稱(chēng)探頭)、電腦微處理器和顯示設(shè)備等部分組成。能顯示距離障礙物的距離或發(fā)出報(bào)警聲,告知駕駛員周?chē)系K物的情況,提高駕駛的安全2。隨著科技的發(fā)展,人們對(duì)汽車(chē)安全與舒適性的要求越來(lái)越高。為了提高汽車(chē)的安全性,汽車(chē)生產(chǎn)過(guò)程中常給汽車(chē)裝上倒車(chē)?yán)走_(dá),使得汽車(chē)的安全性大為提高。目前,國(guó)內(nèi)外的高檔汽車(chē)幾乎都裝有倒車(chē)?yán)走_(dá),并且倒車(chē)?yán)走_(dá)的應(yīng)用也正逐漸在汽車(chē)行業(yè)普及3。二、設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì):國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì):近十年內(nèi),國(guó)內(nèi)外研究人員主要研究超聲波回波信號(hào)的處理方法,新型超聲波換能器、超聲波發(fā)射脈沖選取等方面做了大量的研究,并針對(duì)超聲波
3、的干擾提出了各種解決方法,這些方法使得超聲波的測(cè)量距離精度大大提高,對(duì)應(yīng)的應(yīng)用領(lǐng)域汽車(chē)倒車(chē)?yán)走_(dá)也進(jìn)行了各項(xiàng)改進(jìn),使得汽車(chē)的安全性能大幅提高。目前汽車(chē)的倒車(chē)?yán)走_(dá)的高端應(yīng)用領(lǐng)域是自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng),倒車(chē)?yán)走_(dá)結(jié)合倒車(chē)攝像系統(tǒng),倒車(chē)時(shí)車(chē)后的視野直觀的顯示在汽車(chē)的儀表盤(pán)上,讓倒車(chē)變得更容易4。三、主要研究或設(shè)計(jì)內(nèi)容,需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題和思路:1、主要設(shè)計(jì)內(nèi)容:1)超聲自動(dòng)測(cè)距系統(tǒng)的原理分析與設(shè)計(jì)超聲波發(fā)射與接收的原理,超聲波發(fā)射與接收的外圍電路以及外圍電路與單片機(jī)的接口處理。2)超聲波的發(fā)射與接收電路調(diào)試與裝配在確定正式電路之前必須對(duì)超聲波的發(fā)射與接收系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試,并不斷的改進(jìn),找出誤差的所在,確定最優(yōu)方案,
4、最后進(jìn)行硬件裝配。3)距離測(cè)量與報(bào)警單片機(jī)對(duì)超聲波接收端的接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,并轉(zhuǎn)換成距離進(jìn)行顯示。并可以設(shè)定安全距離,當(dāng)測(cè)量得的距離低于安全距離時(shí)進(jìn)行報(bào)警。2、重點(diǎn)與難點(diǎn)(1) 超聲波傳播的速度不恒定超聲波在介質(zhì)中的傳播速度隨周?chē)h(huán)境的變化而變化,其中溫度的影響最為明顯。常溫下,超聲波的傳播速度為340m/s,溫度每升高1,聲速增加約為0.6m/s5。(2) 回波信號(hào)幅值隨傳播距離增大呈指數(shù)規(guī)律衰減6回波信號(hào)幅值隨傳播距離增大呈指數(shù)規(guī)律衰減,使得接收傳感器接收到的回波信號(hào)隨著測(cè)量距離的增大而大幅減小,給回波前沿的準(zhǔn)確定位帶來(lái)困難,造成測(cè)量精度降低7。(3) 盲區(qū)發(fā)射超聲波時(shí),超聲波換能器在驅(qū)
5、動(dòng)脈沖結(jié)束后,會(huì)由于慣性繼續(xù)振動(dòng),產(chǎn)生余振8。余振期間,由于無(wú)法區(qū)分回波信號(hào)與余振信號(hào),因此必須等余振停止或衰減到足夠小后,才能允許接收傳感器接受信號(hào)。這段時(shí)間由于無(wú)法檢測(cè)超聲波傳播距離,從而出現(xiàn)盲區(qū)9。 3、擬采用的研究手段(1)系統(tǒng)設(shè)計(jì):?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)蜂鳴器報(bào)警數(shù)碼管顯示Usb電源按鍵控制超聲波模塊系統(tǒng)框圖本系統(tǒng)可以通過(guò)超聲波模塊測(cè)量系統(tǒng)到障礙物之間的距離并用數(shù)碼管顯示出來(lái),用戶(hù)還可以通過(guò)按鍵設(shè)置下限報(bào)警距離,假如測(cè)量的距離低于設(shè)置的報(bào)警值則通過(guò)蜂鳴器發(fā)聲提醒用戶(hù)超出允許范圍。(2)硬件設(shè)計(jì): 單片機(jī)最小系統(tǒng):我采用的最小系統(tǒng)包括了晶振、復(fù)位電路、燒制程序口、數(shù)碼管顯示、蜂鳴器報(bào)警等功能,
6、避免了焊接的麻煩,能更好、更精確的實(shí)施測(cè)試。超聲波模塊:采用現(xiàn)成的超聲波模塊,該模塊可提供 2cm-400cm 的非接觸式距離感測(cè)功能,測(cè)距精度可達(dá)高到 3mm。模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。(3)電源模塊:采用USB供電。四、完成畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))所必須具備的工作條件及解決的辦法:搜集相關(guān)題材的文獻(xiàn)資料及參考資料,通過(guò)材料進(jìn)行分析、進(jìn)行消解,整理材料,更多是與指導(dǎo)老師多溝通;交流意見(jiàn)。結(jié)合課題的題材完成,以能說(shuō)明自己的觀念為史料的相關(guān)證據(jù)。五、工作的主要階段、進(jìn)度與時(shí)間安排:1、7月1日7月5日收集相關(guān)題材的文獻(xiàn)、參考資料,完成開(kāi)題報(bào)告。2、7月6日7月12日構(gòu)思畢業(yè)設(shè)計(jì)及編寫(xiě)軟件。
7、3、7月12日7月13日撰寫(xiě)論文初稿。4、7月13日7月15初稿審核,修改,完成終稿5、7月15日7月18日論文評(píng)審,定稿6、7月18日7月22日準(zhǔn)備論文答辯7、最后成績(jī)上報(bào)及歸檔六、閱讀的主要參考文獻(xiàn)及資料名稱(chēng):1 騰志軍,陳莉,張宇帥一種語(yǔ)音同步提示的倒車(chē)?yán)走_(dá)的設(shè)計(jì)J電子科技,2007,218(11):77792 仇成群,胡天云.基于超聲波的汽車(chē)防撞報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)N.傳感技術(shù)學(xué)報(bào),2009,31-32.3 彭翠云,趙廣耀,戎海龍.汽車(chē)倒車(chē)系統(tǒng)中超聲波測(cè)距模塊的設(shè)計(jì)M.壓電與聲光,2008; 30.4 金元郁,張海鷹.超聲波自主探路車(chē)探測(cè)方法的改進(jìn)M.傳感器與儀器儀表,2009,(1)209
8、-211.5 童峰,許肖梅,許天增.基于遺傳算法的超聲LMS自適應(yīng)時(shí)延估計(jì)S.應(yīng)用聲學(xué),2000,69.6 Yang Yichun, MaChizhou. Algorithm study of fast and accurate time-delay estimation with fine interpolation of correlation peakJ Acta Acustica 2003,28.7 汪恩軍,等.車(chē)轍檢測(cè)中超聲測(cè)距數(shù)據(jù)采集方法N.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào),2008,30(1)8 馬志敏,等.一種自動(dòng)抑制超聲測(cè)量盲區(qū)的方法M.聲學(xué)技術(shù),2005,24(1)126-1279 Qan
9、gLi Zhang, Y ,P , Zheng, G.Gain.Flatness Consideration on the Ultra-Wideband Low-Noise Amplifier Design S IEEE Trans,2005,6指導(dǎo)師意見(jiàn)和建議:指導(dǎo)教師(簽字): 年 月 日文獻(xiàn)綜述超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)我們把頻率高于20000赫茲的聲波稱(chēng)為“超聲波”。超聲波具有方向性好,穿透能力強(qiáng),易于獲得較集中的聲能,在水中傳播距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。可用于測(cè)距,測(cè)速,清洗,焊接,碎石等。在醫(yī)學(xué),軍事,工業(yè),農(nóng)業(yè)上有很多的應(yīng)用,本次設(shè)計(jì)主要是利用超聲波做汽車(chē)的倒車(chē)預(yù)警系統(tǒng)。倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)主要是由超聲波測(cè)
10、距實(shí)現(xiàn)。超聲波測(cè)距是一種非接觸式的檢測(cè)方式。與其它方法相比,如電磁的或光學(xué)的方法,它不受光線、被測(cè)對(duì)象顏色等影響。對(duì)于被測(cè)物處于黑暗、有灰塵、煙霧、電磁干擾、有毒等惡劣的環(huán)境下有一定的適應(yīng)能力。特別是應(yīng)用于空氣測(cè)距,由于空氣中波速較慢,其回波信號(hào)中包含的沿傳播方向上的結(jié)構(gòu)信息很容易檢測(cè)出來(lái),具有很高的分辨力,因而其準(zhǔn)確度也較其它方法為高。超聲波測(cè)距器,可以應(yīng)用于汽車(chē)倒車(chē)、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的位置監(jiān)控和移動(dòng)機(jī)器人的研制上,也可在潮濕高溫,多塵等惡劣環(huán)境下工作。例如:液位、厚度、管道長(zhǎng)度等場(chǎng)合,汽車(chē)在行駛的過(guò)程中,各種惡劣的環(huán)境都會(huì)遇到,如何保證在汽車(chē)倒車(chē)時(shí)不受到周?chē)h(huán)境的干擾呢?我們可
11、以利用超聲波超強(qiáng)的搞干擾特性,保證汽車(chē)在各種情況下都能準(zhǔn)確的做出倒車(chē)預(yù)警。倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)目前有很多種,但目前應(yīng)用得最多的還是基于單片機(jī)的超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng),超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)的主要原理是測(cè)量汽車(chē)到障礙物的距離,一般都采用波在介質(zhì)中的傳播速度和時(shí)間關(guān)系進(jìn)行測(cè)量。常用的技術(shù)主要有激光測(cè)距、微波雷達(dá)測(cè)距和超聲波測(cè)距三種。紅外測(cè)距的優(yōu)點(diǎn)是便宜,易制,安全,缺點(diǎn)是精度低,距離近,方向性差。激光測(cè)距的優(yōu)點(diǎn)是精確,缺點(diǎn)是需要注意人體安全,且制做的難度較大,成本較高,而且光學(xué)系統(tǒng)需要保持干凈,否則將影響測(cè)量。激光測(cè)距主要運(yùn)用于軍事方面,而在汽車(chē)領(lǐng)域,要求設(shè)備成本低,安全可靠,所以基本單片機(jī)
12、的超聲波倒車(chē)預(yù)警系統(tǒng)將成為首選。相信將來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)也會(huì)越來(lái)越完善。倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)中的測(cè)距技術(shù)超聲波測(cè)距作為一種典型的非接觸測(cè)量方法,在很多場(chǎng)合,諸如工業(yè)自動(dòng)控制,建筑工程測(cè)量,機(jī)器人視覺(jué)識(shí)別,倒車(chē)防撞雷達(dá),海洋測(cè)量,物體識(shí)別等方面得到廣泛的應(yīng)用。超聲波具有指向性強(qiáng)、能量消耗緩慢且在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)。與激光測(cè)距、紅外線測(cè)距相比,超聲波對(duì)外界光線、色彩和電磁場(chǎng)不敏感,更適于黑暗、電磁干擾強(qiáng)、有毒、灰塵或煙霧的惡劣環(huán)境,可在潮濕高溫,多塵等惡劣環(huán)境下工作,例如:液位、厚度、管道長(zhǎng)度等場(chǎng)合。在識(shí)別透明及漫反射性差的物體上也更有優(yōu)勢(shì)7。由于聲波在空氣中傳播速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)
13、小于光線和無(wú)線電波的傳播速度,對(duì)于時(shí)間測(cè)量精度的要求遠(yuǎn)小于激光測(cè)距、微波測(cè)距等系統(tǒng)。相比于其它定位技術(shù)而言,超聲波定位技術(shù)成本低、精度高、操作簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定可靠,非常適合于短距離測(cè)量定位。因而超聲波測(cè)距器電路易實(shí)現(xiàn)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和造價(jià)低,而且以聲速傳播,便于檢測(cè)和計(jì)算。然而基于超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用也有很多局限性,這都影響了超聲波雷達(dá)的精度。一是超聲波在空氣中衰減極大,由于測(cè)量距離的不同,造成回波信號(hào)的起伏,使回波到達(dá)時(shí)間的測(cè)量產(chǎn)生較大的誤差8;二是超聲波脈沖回波在接收過(guò)程中被極大地展寬,影響了測(cè)距的分辨率,尤其是對(duì)近距離的測(cè)量造成較大的影響。這兩個(gè)是主要影響倒車(chē)預(yù)警系統(tǒng)的精度因素,當(dāng)然還有
14、一些其他的因素,諸如環(huán)境溫度、風(fēng)速等也會(huì)對(duì)測(cè)量造成一定的影響,這些因素都限制了超聲波測(cè)距在一些對(duì)測(cè)量精度要求較高的場(chǎng)合的應(yīng)用,由于汽車(chē)倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)對(duì)精度要求并不是那么高,這些誤差都是在允許接受的范圍內(nèi)的9。測(cè)距原理超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)的原理一般采用渡越時(shí)間法TOF(time off light)。超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波,在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí),超聲波在空氣中傳播,途中碰到障礙物就立即返回來(lái),超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中的傳播速度為c,這樣只要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號(hào)到接受到返回信號(hào)所以的時(shí)間,就可以計(jì)算出汽車(chē)距障礙物的距離(s),即:s=c*t/25。測(cè)距方法聲波測(cè)
15、距作為一種典型的非接觸測(cè)量方法,在很多場(chǎng)合,諸如工業(yè)自動(dòng)控制,建筑工程測(cè)量,機(jī)器人視覺(jué)識(shí)別,倒車(chē)防撞雷達(dá),海洋測(cè)量,物體識(shí)別等方面得到廣泛的應(yīng)用。超聲波具有指向性強(qiáng)、能量消耗緩慢且在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)。與激光測(cè)距、紅外線測(cè)距相比,超聲波對(duì)外界光線、色彩和電磁場(chǎng)不敏感,更適于黑暗、電磁干擾強(qiáng)、有毒、灰塵或煙霧的惡劣環(huán)境,可在潮濕高溫,多塵等惡劣環(huán)境下工作,例如:液位、厚度、管道長(zhǎng)度等場(chǎng)合。在識(shí)別透明及漫反射性差的物體上也更有優(yōu)勢(shì)7。由于聲波在空氣中傳播速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光線和無(wú)線電波的傳播速度,對(duì)于時(shí)間測(cè)量精度的要求遠(yuǎn)小于激光測(cè)距、微波測(cè)距等系統(tǒng)。相比于其它定位技術(shù)而言,超聲波定位技術(shù)成本低、
16、精度高、操作簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定可靠,非常適合于短距離測(cè)量定位。因而超聲波測(cè)距器電路易實(shí)現(xiàn)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和造價(jià)低,而且以聲速傳播,便于檢測(cè)和計(jì)算。然而基于超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用也有很多局限性,這都影響了超聲波雷達(dá)的精度。一是超聲波在空氣中衰減極大,由于測(cè)量距離的不同,造成回波信號(hào)的起伏,使回波到達(dá)時(shí)間的測(cè)量產(chǎn)生較大的誤差8;二是超聲波脈沖回波在接收過(guò)程中被極大地展寬,影響了測(cè)距的分辨率,尤其是對(duì)近距離的測(cè)量造成較大的影響。這兩個(gè)是主要影響倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)的精度因素,當(dāng)然還有一些其他的因素,諸如環(huán)境溫度、風(fēng)速等也會(huì)對(duì)測(cè)量造成一定的影響,這些因素都限制了超聲波測(cè)距在一些對(duì)測(cè)量精度要求較高的場(chǎng)合的應(yīng)用,由于
17、汽車(chē)倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)對(duì)精度要求并不是那么高,這些誤差都是在允許接受的范圍內(nèi)的9。倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)的核心處理器近年來(lái),隨著單片機(jī)在我國(guó)的推廣,以其簡(jiǎn)單實(shí)用、功能強(qiáng)、體積小而日益廣泛的被廣大設(shè)計(jì)師采用,尤其在控制領(lǐng)域中的應(yīng)用更為突出,單片機(jī)在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用尤其突出,現(xiàn)在汽車(chē)的電路系統(tǒng)大多都是由單片機(jī)控制的,而本設(shè)計(jì)的倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng),是單片機(jī)在汽車(chē)領(lǐng)域的典型應(yīng)用。單片機(jī)出現(xiàn)的歷史并不長(zhǎng),但發(fā)展十分迅猛,在集成度、功能、速度、可靠性、應(yīng)用領(lǐng)域等全方位向更高水平發(fā)展。目前單片機(jī)已用于工業(yè)控制、機(jī)電一體化設(shè)備、儀器儀表、信號(hào)處理、現(xiàn)代兵器、交通能源、商用設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備及家用電器等各個(gè)領(lǐng)域,隨著單片機(jī)性能的不斷提高,
18、它的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛。單片機(jī)技術(shù)發(fā)展非???,所以目前的產(chǎn)品都致力于在功能全面、技術(shù)先進(jìn)、操作簡(jiǎn)便、安全可靠、價(jià)格合理等方面進(jìn)行仔細(xì)研究,精心設(shè)計(jì);及時(shí)掌握最新的單片機(jī)技術(shù),在條件允許的情況下,盡可能地利用最新的單片機(jī)技術(shù)來(lái)研制其應(yīng)用系統(tǒng),再利用單片機(jī)體積小、價(jià)格低、功能強(qiáng)等特點(diǎn),以保證所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在未來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)仍具生命力。在生活和生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域中,凡是有自動(dòng)控制要求的地方都會(huì)有單片機(jī)的身影出現(xiàn);從簡(jiǎn)單到復(fù)雜,從空中、地面到地下,凡是能想象到的地方幾乎都有使用單片機(jī)的需求。它的應(yīng)用必定導(dǎo)致傳統(tǒng)的控制技術(shù)從根本上發(fā)生變革。單片機(jī)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用已成為高科技和工程領(lǐng)域的一項(xiàng)重大課題1-3。未來(lái)單片機(jī)將
19、在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用更加廣泛。單片機(jī)STC89C52RCSTC89C51RC/RD+系列單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代超強(qiáng)抗干擾,高速,低功耗的單片機(jī),指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī),12時(shí)鐘/機(jī)器周期和6時(shí)鐘/機(jī)器周期可任意選擇,最新的D版本內(nèi)部集成MAX810專(zhuān)用復(fù)位電路6。特點(diǎn):1.增強(qiáng)型6時(shí)鐘/機(jī)器周期,12時(shí)鐘/機(jī)器周期8051CPU2.工作電壓:5.5V-3.4V(5V單片機(jī))/3.8V-2.0V(3V單片機(jī))3.工作頻率范圍:0-40MHz,相當(dāng)于普通8051的080MHz。實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz。4.用戶(hù)應(yīng)用程序空間4K/8K/13K/16K/20K/32K/64K字節(jié)5.片上集成1280字節(jié)/512字節(jié)RAM6.通用I/O口(32/36個(gè)),復(fù)位后為:P1/P2/P3/P4是準(zhǔn)雙向口/弱上拉(普通8051傳統(tǒng)I/O口)P0口是開(kāi)漏輸出,作為總線擴(kuò)展用時(shí),不用加上拉電阻,7.ISP(在系統(tǒng)可編程)/IAP(在應(yīng)用可編程),無(wú)需專(zhuān)用編程器/仿真器可通過(guò)串口(P3.0/P3.1)直接下載用戶(hù)程序,8K程序3秒即可完成一片 8.EEPROM功能9.看門(mén)狗10.內(nèi)部集成MAX810專(zhuān)用復(fù)位電路(D版本才有)因此,本次基于單片機(jī)的超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有一定的實(shí)用和參考價(jià)值。參考
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