基于LabVIEW的庫房溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計Word版

基于LabVIEW的庫房溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計第一章引言 11.1本文研究的目的及意義 11.2傳統(tǒng)的溫濕度監(jiān)測方法 21.3課題的來源及研究內(nèi)容 2第二章LabVIEW軟件及其監(jiān)控功能的介紹 42.1虛擬儀器技術(shù) 42.1.1虛擬儀器的概念及系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 42.2LabVIEW軟件介紹 52.2.1LabVIEW概述 52.2.2LabVIEW軟件的組成 52.2.3LabVIEW軟件的優(yōu)勢及實現(xiàn)監(jiān)測功能的可行性 6第三章系統(tǒng)總體方案設(shè)計 73.1設(shè)計方案的選擇 73.2設(shè)計方案 73.3設(shè)計的實現(xiàn)的任務(wù)與目標 7第四章系統(tǒng)硬件設(shè)計 94.1硬件設(shè)計原理 94.2主要器件介紹 104.2.1STC89C52介紹 104.2.2系統(tǒng)溫度傳感器DS18B20 104.2.3濕度傳感器HS1101介紹 114.2.4液晶1602A介紹 124.3硬件電路設(shè)計 134.3.1溫度采樣原理及電路 134.3.2濕度采集原理及電路 144.3.3單片機與PC的串行通信電路 15第五章下位機設(shè)計 165.1溫度傳感器DS18B20程序設(shè)計 165.2液晶1602A子程序設(shè)計 165.3上、下位機數(shù)據(jù)通信子程序設(shè)計 175.4報警子程序設(shè)計 18第六章上位機程序設(shè)計 196.1設(shè)計思路 196.2溫濕度平均值的計算 196.3LabVIEW中溫濕度串口通訊 206.4LabVEW溫濕度報警模塊程序 236.5LabVIEW中溫濕度濾波程序 236.6上位機整體程序 24第七章系統(tǒng)的仿真與調(diào)試 267.1系統(tǒng)調(diào)試 267.1.1溫濕度報警調(diào)試 267.1.2溫濕度波形調(diào)試 277.1.3溫度濾波測試 297.2系統(tǒng)演示 30結(jié)論 32致謝 33參考文獻 34第一章引言1.1本文研究的目的及意義庫房是存放物品的重要地點，環(huán)境因素對庫房物品影響非常大，在高溫與高濕的環(huán)境下，庫房容易滋生霉菌，害蟲等[3]，使得物品壽命減短，損壞嚴重。因此科學的監(jiān)測調(diào)節(jié)庫房溫濕度，加強對庫房的監(jiān)測，保護庫房物品是一項有重要意義的工作。我國的大部分地區(qū)一年中有很長一段時間的高溫高濕氣候，適合細菌生長繁殖，對庫房物品的保管非常不利，庫房中的物品會受到外界空氣溫濕度變化的影響，會使庫房物品發(fā)生變質(zhì)，腐化，失效等問題[3]，在有些地區(qū)，夏季庫外最高溫度可達40度，相對濕度達80%以上，即使在密閉的條件下，庫房內(nèi)溫度仍然達到30度以上，而在庫房管理中，30度及視為高溫，相對濕度達到70%即為高濕。目前，各庫房普遍采取密閉、通風與吸潮相結(jié)合的手段控制和調(diào)節(jié)庫房溫濕度。但這種方法需要依靠大量人力資源，控制精度低、實時性差，而且操作人員的勞動強度大。即使有些用戶采用半導體二極管作為溫度傳感器，但由于其互換性差，效果也不理想。由于溫度過高或過低引起的庫存品失效或由于環(huán)境濕度過高而引起的事故時有發(fā)生，甚至危及到人員的安全。所以實施對溫濕度的監(jiān)控十分重要，同時有利于促進企業(yè)管理建設(shè)與高新科技的結(jié)合，把企業(yè)庫房監(jiān)測等監(jiān)控管理行業(yè)發(fā)展成為功能豐富多彩的數(shù)字家園。對庫房溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)除了應(yīng)用于庫房還可以應(yīng)用于其他行業(yè)。例如像紡織工藝對溫濕度有嚴格要求，紡織廠空調(diào)系統(tǒng)的可靠性和安全性直接影響正常生產(chǎn)和經(jīng)濟效益。目前紡織廠大部分空調(diào)系統(tǒng)控制方式落后、操作不方便。而且空調(diào)系統(tǒng)能耗大、機器受損嚴重、運行成本較高。因此，設(shè)計一個操作方便、功能完善、工作可靠的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)，對提高設(shè)備的工作效率、降低事故率有積極作用。本設(shè)計即以上述問題為出發(fā)點，設(shè)計了溫度、濕度的監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅能實時的采集各抽樣點的溫度值與濕度值，而且能迅速處理，友好的將數(shù)據(jù)結(jié)果顯示給用戶。1.2傳統(tǒng)的溫濕度監(jiān)測方法最早的庫房溫濕度監(jiān)測采用人工的方式，每天讀取庫房的溫度計和濕度計，這種方式不僅效率低，勞動時間長，而且會由于抽樣的不具代表性使得監(jiān)測結(jié)果失去意義。隨著傳感器技術(shù)和測量測試技術(shù)的發(fā)展，為了更好地了解特殊要求庫房的溫濕度變化規(guī)律，傳統(tǒng)的測試裝置已經(jīng)不能適應(yīng)高標準的需要，需要研發(fā)新的監(jiān)測裝置，計算機技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了以計算機為核心的新一代儀器—虛擬儀器。由美國NI公司推出的虛擬儀器開發(fā)平臺軟件LabVIEW是實驗室虛擬儀器集成環(huán)境的簡稱，具有簡潔圖形化編程環(huán)境和強大的功能。它廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集與控制、信號處理、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域。采用虛擬儀器技術(shù)，有以下優(yōu)點：(1)突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、存儲等方面的限制；（2）利用計算機豐富的軟件資源，增加了系統(tǒng)靈活性；（3）通過軟件技術(shù)和相應(yīng)數(shù)值算法，實時、直接地對測試數(shù)據(jù)進行各種分析和處理，通過圖形用戶界面（GUI）技術(shù)，真正做到界面友好，人機交互。虛擬儀器利用通用的硬件平臺（計算機、數(shù)據(jù)采集卡等）結(jié)合專用的硬件（如傳感器、調(diào)理電路）實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，再用相應(yīng)的儀器功能軟件對數(shù)據(jù)進行處理，實現(xiàn)傳統(tǒng)儀器的功能，而且只要改變軟件中的參數(shù)就能實現(xiàn)不同儀器的功能。同時界面友好，可視化軟件LabVIEW工具，更是向著效率高、功能強大的方向努力。1.3課題的來源及研究內(nèi)容本文利用LabVIEW軟件設(shè)計并實現(xiàn)一個溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)溫濕度的測量和顯示和控制。在虛擬儀器的思想為工業(yè)界逐漸接受的今天，人們越來越認識到“軟件就是儀器”的先進思想的含義。本課題的研究內(nèi)容就是利用虛擬儀器軟件LabVIEW實現(xiàn)庫房溫濕度監(jiān)測。采用LabVIEW作為監(jiān)測軟件，采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20、濕度傳感器HS1101測量溫濕度[1]，利用單線檢測信號將溫濕度的值送到單片機進行相應(yīng)的處理，然后經(jīng)過串口通信，將溫濕度的檢測值經(jīng)過RS-232送到計算機上，然后經(jīng)過DAQ數(shù)據(jù)采集將數(shù)據(jù)送到LabVIEW，進行數(shù)據(jù)在LabVIEW將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)處理程序進行數(shù)據(jù)的處理，然后將數(shù)據(jù)送到報警程序與設(shè)定值進行比較，在設(shè)定值之間將在LabVIEW前面顯示工作正常。如果工作不再設(shè)定值之內(nèi)，將會產(chǎn)生報警，在前面板將會有報警信號提示，同時在下位機將會有報警信號，同時將驅(qū)動相應(yīng)的電路控制風扇和加濕器工作，使庫房的溫濕度能夠工作在我們設(shè)定的理想狀態(tài)。第二章LabVIEW軟件及其監(jiān)控功能的介紹2.1虛擬儀器技術(shù)測量儀器發(fā)展至今，大體經(jīng)歷了四代發(fā)展歷程[2]，即模擬儀器、分立元件式儀器、數(shù)字化儀器和智能儀器。隨著電子技術(shù)、計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，及其在電子測量技術(shù)與儀器領(lǐng)域中的應(yīng)用，新的測量理論、新的測量方法、新的儀器結(jié)構(gòu)不斷出現(xiàn)。其中計算機處于核心地位，計算機軟件技術(shù)和測量系統(tǒng)更緊密地結(jié)合，導致儀器的結(jié)構(gòu)、概念和設(shè)計觀點等也發(fā)生突破性的變化，在這一背景下，出現(xiàn)了新的儀器概念-虛擬儀器。2.1.1虛擬儀器的概念及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)所謂虛擬儀器，就是在以計算機為核心的硬件平臺上，其功能由用戶設(shè)計和定義，具有虛擬面板，其測量功能由測量軟件實現(xiàn)的一種計算機儀器系統(tǒng)。虛擬儀器的實質(zhì)是利用計算機顯示器的顯示功能來模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，以多種形式表達輸出監(jiān)測結(jié)果，利用計算機的軟件功能實現(xiàn)信號數(shù)據(jù)的運算、分析和處理。利用I/O接口設(shè)備完成信號的采集、測量與調(diào)理，從而完成各種功能的一種計算機儀器系統(tǒng)。虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較如下表2-1。表2-1傳統(tǒng)儀器和虛擬儀器的對比傳統(tǒng)儀器虛擬儀器功能由儀器廠商定義功能由用戶自己定義與其他儀器連接有限可方便的與網(wǎng)絡(luò)外設(shè)及多種儀器連接圖形界面小，人工讀取數(shù)據(jù)信息量小界面圖形化，計算機直接讀取數(shù)據(jù)并分析處理數(shù)據(jù)無法編輯數(shù)據(jù)可編輯、存儲、打印硬件是關(guān)鍵部分軟件是關(guān)鍵部分價格昂貴價格低廉系統(tǒng)封閉、功能固定，可擴展性差基于計算機技術(shù)開發(fā)的功能模塊可構(gòu)成多種儀器技術(shù)更新慢技術(shù)更新快2.2LabVIEW軟件介紹LabVIEW是實驗室虛擬儀器集成開發(fā)平臺的簡稱，它是目前國際上應(yīng)用最廣泛的虛擬儀器開發(fā)環(huán)境之一，它是主要用于開發(fā)數(shù)據(jù)檢測、數(shù)據(jù)測量采集系統(tǒng)、工業(yè)自動控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)等領(lǐng)域的專用軟件開發(fā)平臺。2.2.1LabVIEW概述LabVIEW的最大特色是采用編譯型圖形化編程語言——G語言，它與C、pascal、Basic等傳統(tǒng)語言有著相似之處，如：相似的數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)流控制系統(tǒng)、程序調(diào)試工具，以及模塊化的編程特點。但二者最大的區(qū)別在于：傳統(tǒng)編程語言用文本語言編程，程序的執(zhí)行依賴于文本所描述的指令；而LabVIEW使用圖形語言以框圖的形式編寫程序。用LabVIEW編程無需具備太多編程經(jīng)驗，因為LabVIEW使用的都是測試工程師熟悉的術(shù)語和圖標，如各種按鈕、開關(guān)、波形圖等，界面非常直觀形象。LabVIEW語言具有豐富的擴展函數(shù)庫，集成了大量的生成圖形界面的模板，如各種表頭、旋鈕、開關(guān)、LED指示燈、圖表等，界面直觀、形象，相對于傳統(tǒng)的編程方式而言，它簡單易學而且執(zhí)行效率高，與傳統(tǒng)的編程方式比，使用LabVIEW設(shè)計的虛擬儀器，可以提高效率4-10倍。LabVIEW的核心是VI。VI有一個人機對話的用戶界面—前面板和類似于源代碼功能的方框圖。前面板接收來自方框圖的指令。在VI的前面板中，空間模擬了儀器的輸入裝置并把數(shù)據(jù)提供給VI的框圖；而指示器則模擬了儀器的輸出裝置并顯示由方框圖獲得或產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。用LabVIEW編制出的圖形化VI是分層次和模塊化的。我們可以將之用于頂層程序，也可用作其他程序或子程序的子程序。一個VI用在其他VI中，稱為subVI，subVI在調(diào)用它的程序中同樣是以一個圖標的形式出現(xiàn)的。2.2.2LabVIEW軟件的組成一個完整的LabVIEW開發(fā)環(huán)境包括基本模塊和擴展模塊兩部分，引擎部分是整個圖形化開發(fā)環(huán)境的核心，包括編輯模塊、運行模塊和調(diào)試模塊。LabVIEW環(huán)境下開發(fā)的程序稱為虛擬儀器VI[1]。程序VI由一個前面板，程序流程圖和一個接口板組成。接口板用于上層的VI調(diào)用該VI。2.2.3LabVIEW軟件的優(yōu)勢及實現(xiàn)監(jiān)測功能的可行性1、簡單的方案使得可以很方便的使用LabVIEW，因為它使用可視化技術(shù)建立人機界面，提供了大量儀器面板中的控制對象。2、LabVIEW提供了先進的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。3、先進的ActiveX技術(shù)融合了簡單的拖放編程方法，儀器控制和數(shù)據(jù)采集免得非常簡單。4、靈活的儀器將LabVIEW與一般的數(shù)據(jù)采集加以組合，可以設(shè)計出更靈活的虛擬儀器。5、LabVIEW擁有大量NI公司或第三方公司提供的支持軟件。第三章系統(tǒng)總體方案設(shè)計3.1設(shè)計方案的選擇庫房溫濕度控制在國內(nèi)外設(shè)計比較多，很多都是直接采用單片機進行設(shè)計的，所有的數(shù)據(jù)處理都是有單片機來處理，這樣就會增加單片機的負擔。本次的設(shè)計是基于LabVIEW來進行設(shè)計的，將檢測的數(shù)據(jù)送到上位機LabVIEW進行數(shù)據(jù)處理，這樣就會減少單片機的處理數(shù)據(jù)的負擔，而且在LabVIEW的圖形界面可以看的很清楚，數(shù)據(jù)的變化過程，比較方便。而且設(shè)計起來比較方便，因為LabVIEW都是圖形化的程序，設(shè)計程序的時候比較直觀，而且易懂，設(shè)計起來比較容易，在它的前面板上就直接可以看到數(shù)據(jù)的變化過程。3.2設(shè)計方案該系統(tǒng)整體上分為三大部分：一部分為基本的硬件電路；二是檢測部分電路；三是上位機現(xiàn)場數(shù)據(jù)處理和管理．在庫房的關(guān)鍵部分設(shè)置溫度傳感器（DSl8B20）濕度傳感器（HSll01），利用Dsllas公司的單總線協(xié)議和單線檢測信號將溫濕度的值送到單片機進行相應(yīng)的處理，然后經(jīng)過串口通信，將溫濕度的檢測值經(jīng)過RS-232送到計算機上，然后經(jīng)過DAQ數(shù)據(jù)采集將數(shù)據(jù)送到LabVIEW，LabVIEW將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)處理程序進行數(shù)據(jù)的處理，然后將數(shù)據(jù)送到報警程序與設(shè)定值進行比較，在設(shè)定值之間將在LabVIEW前面顯示工作正常。如果工作不再設(shè)定值之內(nèi)，將會產(chǎn)生報警，在前面板將會有報警信號提示，同時在下位機將會有報警信號，同時將驅(qū)動相應(yīng)的電路控制風扇和加熱器工作，使庫房的溫濕度能夠工作在我們設(shè)定的理想狀態(tài)。3.3設(shè)計的實現(xiàn)的任務(wù)與目標設(shè)計的任務(wù)主要實現(xiàn)庫房溫濕度的測量與控制。數(shù)據(jù)采集模塊利用單片機實現(xiàn)溫度實時采集、濕度實時采集、電路狀態(tài)信號采集及數(shù)據(jù)預(yù)處理；數(shù)據(jù)傳輸模塊將檢測信號傳輸?shù)接嬎銠C；計算機I/O接口為計算機與外部數(shù)據(jù)連接的硬件支持。當數(shù)據(jù)進入計算機后，在LabVIEW平臺上，經(jīng)數(shù)據(jù)處理子程序、溫濕度控制子程序輸出系統(tǒng)控制信號，并通過計算機I/O接口輸出；輸出信號驅(qū)動相應(yīng)的驅(qū)動電路，分別控制加熱電路及風扇電路，實現(xiàn)對庫房溫、濕度的實時監(jiān)測及控制;程序?qū)崟r監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài);同時在前面板實時顯示輸出溫度、濕度控制曲線。設(shè)計的目標是上位機的監(jiān)測程序需利用LabVIEW設(shè)計，包括溫濕度測量數(shù)據(jù)、曲線實時顯示，報警指示，上下限設(shè)定、數(shù)據(jù)分析判斷和下位機通信，同時，系統(tǒng)提供歷史數(shù)據(jù)回讀、歷史數(shù)據(jù)打印功能，以便用戶查看系統(tǒng)的歷史狀態(tài)；單片機部分需要編制測量、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、濾波、標度變換、通信、顯示、報警、控制等程序。第四章系統(tǒng)硬件設(shè)計4.1硬件設(shè)計原理下位機的硬件設(shè)計主要是依據(jù)單片機[8]，所以要進行數(shù)據(jù)的采集，溫度的采集用DS18B20進行溫度數(shù)據(jù)的采集，濕度的數(shù)據(jù)采集用HS1101元件，將采集的數(shù)據(jù)送到單片機STC89C52進行數(shù)據(jù)的處理，處理后經(jīng)數(shù)據(jù)送到1602A顯示出當前的溫濕度，和溫濕度的報警的上下限，并將溫濕度的數(shù)據(jù)送到上位機LabVIEW進行數(shù)據(jù)的處理，當超過溫濕度的上限或者低于溫濕度的下限時，上位機發(fā)出信號控制下位機的風扇或者加熱器進行工作，保持庫房的溫濕度達到我們需要的范圍。工作框圖如圖4-1所示。圖4-1工作框圖4.2主要器件介紹4.2.1STC89C52介紹STC89C52是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓[9]，高性能CMOS的8位單片機，片內(nèi)含有8Kbytes的可反復(fù)檫寫的只讀程序存儲器和256bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度，非意識性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標準MCS-51指令系統(tǒng)及8052系列殘品引腳兼容，片內(nèi)置通用的8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強大STC89C52單片機適用于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場合。其主要的性能參數(shù)：（1）與MCS-51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。（2）8K字節(jié)可重復(fù)擦寫。4.2.2系統(tǒng)溫度傳感器DS18B20溫度傳感器很多，可分為模擬溫度傳感器和數(shù)字溫度傳感器[8]。DS18B20是世界上第一片支持單總線接口的溫度傳感器[9]，單總線獨特而其經(jīng)濟的特點，使用戶可以輕松的組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。新一代的DS18B20體積更小，更經(jīng)濟、更靈活，而其由于芯片輸出的是數(shù)字信號，省去外部A/D轉(zhuǎn)換，簡化硬件電路。其特性如下：（1）獨特的單線接口方式，只需一個接口引腳即可通信；（2）每一個DS18B20都有一個唯一的64位ROM序列碼；（3）在使用中不需要任何外圍元件；（4）可使用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍：+3.0V～+5.5V；（5）測溫范圍：—55℃～+125℃,在—10℃～+85℃范圍內(nèi)精度為±0.5，分辨率0.0625℃。等效的華氏溫度范圍—67℉（6）通過編程可實現(xiàn)9~12位的數(shù)字讀書方式。（7）告警搜索命令可識別和定位那些超過報警限制的DS18B20；（8）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)多點測溫。電源接反不會燒毀，但不能工作。其引腳說明如下表4-1所示。表4-1引腳說明引腳8腳SOIC引腳PR35符號說明51GND地42DQ單線運用的數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳：漏極開路見“寄生電源”一節(jié)。33Vdd可選Vdd引腳。有關(guān)連接的細節(jié)見“寄生電源”一節(jié)。4.2.3濕度傳感器HS1101介紹[5]濕度傳感器HS1101/HS1100基于獨特工藝設(shè)計的電容元件，這些相對濕度傳感器可以大批量生產(chǎn)?？梢詰?yīng)用于辦公自動化，車廂內(nèi)空氣質(zhì)量控制，家電，工業(yè)控制系統(tǒng)等。在需要濕度補償?shù)膱龊纤部梢缘玫胶艽蟮膽?yīng)用。其特點：全互換性在標準環(huán)境下不需校正長時間飽和下快速脫濕可以自動化焊接，包括波峰焊或水浸高可靠性與長時間穩(wěn)定性專利的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)可用于線性電壓或頻率輸出回爐最大參數(shù)值（Ta=25℃工作溫度Ta-40～100儲存溫度Tstg-40～125℃其系統(tǒng)參數(shù)特性如下：測量范圍是3~99%RH，電源電壓DC5V（max7V），等效電容175~185PF（54.4%RH，10KHz），恢復(fù)時間10s，濕度遲滯±1.5%RH，穩(wěn)定期0.5RH/yr，響應(yīng)時間10s（33%—76%HR，流速1m/Sec），線性度±1%RH。HS1101為電容傳感器，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。將電容的變化量準確地轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C易于接受的信號，常用兩種方法：一是將該濕敏電容置于運放與阻容組成的橋式振蕩電路中，所產(chǎn)生的正弦波電壓信號經(jīng)整流、直流放大、再A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；另一種是將該濕敏電容置于555振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)為與之呈反比的電壓頻率信號。濕度與頻率的典型值如表4-2所示。表4-2濕度與頻率的典型值濕度（%RH）頻率（Hz）濕度（%RH）頻率（Hz）0735160660010722470646820710080633030697690618640685310060335067284.2.4液晶1602A介紹[11]1.主要參數(shù)介紹如下表4-3所示。表4-3主要參數(shù)顯示容量16X2字符芯片工作電壓4.5-5.5V工作電流2.0mA（5.0V）模塊最佳工作電壓5.0V字符尺寸2.95X4.35（WXH）mm2.接口信號說明如下表4-4所示。表4-4接口信號編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2DataI/O2VDD電源正極10D3DataI/O3VL液晶顯示偏壓信號11D4DataI/O4RS數(shù)據(jù)/命令選擇端（H/L)12D5DataI/O5R/W讀/寫選擇端（H/L）13D6DataI/O6E使能信號14D7DataI/O7D0DataI/O15BLA背光源正極8D1DataI/O16BLK背光源負極3.指令說明：顯示模式設(shè)置如下表4-5所示。表4-5顯示設(shè)置指令碼功能00111000設(shè)置16×2顯示，5×7點陣，8位數(shù)據(jù)接口00000DCBD=1開顯示；D=0關(guān)顯示C=1顯示光標；C=0不顯示光標B=1光標閃爍；B=0光標不顯示000001NSN=1當讀或?qū)懸粋€字符后地址指針加一，且光標加一N=0當讀或?qū)懸粋€字符后地址指針減一，且光標減一S=1當寫一個字符，整屏顯示左移（N=1）或右移（N=0），以得到光標不移動而屏幕移動的效果。S=0當寫一個字符，整屏顯示不移動數(shù)據(jù)控制區(qū)內(nèi)部設(shè)有一個數(shù)據(jù)地址指針，用戶可以通過它們來訪問內(nèi)部的全部的80字節(jié)RAM其數(shù)據(jù)指針的設(shè)置如下表4-6所示。表4-6指令設(shè)置指令碼功能80H+地址碼（0-27H，40H-67H）設(shè)置數(shù)據(jù)地址指針01H顯示清屏：1.數(shù)據(jù)指針清零2所有顯示清零02H顯示回車：1.數(shù)據(jù)指針清零4.3硬件電路設(shè)計4.3.1溫度采樣原理及電路利用DS18B20溫度傳感器進行溫度采樣．[11]它用單總線協(xié)議和單片機實現(xiàn)通訊．單總線協(xié)議是采用單根信號線，既可傳輸時鐘，又能傳數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，因而這種單總線技術(shù)具有線路簡單．溫度采樣電路如下圖4-2所示。

圖4-2溫度采集電路4.3.2濕度采集原理及電路原理分析：電源電壓工作范圍是UCC=+3.5～+12V。利用一片CMOS定時器TLC555。配上HSll01和電阻R2、R4構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路，將相對濕度值變化轉(zhuǎn)換成頻率信號輸出。輸出頻率范圍是7351-6033Hz，所對應(yīng)的相對濕度為0～100％。當RH=55％時，f=6660Hz。輸出的頻率信號可送至數(shù)字頻率計或檢測系統(tǒng)，經(jīng)整理后送顯示。R3為輸出端的限流電阻，起保護作用。通電后,電源沿著Uc→R4→R2→C對HS1101充電。經(jīng)過t1時間后濕敏電容的壓降Uc就被充電到TLC55的高觸發(fā)電平(Uh=0.67Ucc)，使內(nèi)部比較器翻轉(zhuǎn)，OUT的輸出變成低電平。然后C開始放電，放電回路為C→R2→D→內(nèi)部放電管腳。經(jīng)過t2時間后，Uc降到低觸發(fā)電平(Ul=0.33Ucc)，內(nèi)部比較器再次翻轉(zhuǎn)，使OUT端的輸出變成高電平。這樣周而復(fù)始的進行充、放電，形成了振蕩。濕度采集電路如下圖4-3所示。圖4-3濕度采集電路4.3.3單片機與PC的串行通信電路串行通訊是數(shù)據(jù)通訊的主要方式之一。由于其聯(lián)線少、成本低、有多種可供選擇的傳送速率，并遵循統(tǒng)一的標準而得到廣泛的應(yīng)用。目前利用單片機開發(fā)的各種監(jiān)控設(shè)備大多都需要與PC機進行數(shù)據(jù)通訊。PC機中一般都有現(xiàn)成的1～2個標準RS-232C串行口，利用這些串行口，PC機可以與單片機進行數(shù)據(jù)通訊，通訊距離可達15m左右。STC89S52單片機內(nèi)提供了一個全雙工的串行口，P3.0管腳是串行數(shù)據(jù)接收端RXD，P3.1管腳是串行數(shù)據(jù)發(fā)送端TXD。但是，由于單片機的串行口不是標準的RS232C接口，它接收發(fā)送的電平是TTL電平。TTL電平的邏輯“1”和邏輯“0”分別是2.4V和0.4V，而串行通訊接口RS-232C采用負邏輯，即邏輯“1”為－5～－15V，邏輯“MAX232AESE是MAXIM公司生產(chǎn)的低功耗、單電源（+5V）的雙RS-232C發(fā)送器與接收器[12]。MAX232芯片內(nèi)部有一個電源電壓變換器，可以把輸入的+5V電源變換成RS-232C輸出電平所需±10V電壓，所以采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只要單一的+5V電源。外圍需接4個0.1μF/25V電解電容，供內(nèi)部電壓變換之需。MAX232AESE芯片引腳T1IN、T2IN、R1OUT、R2OUT接TTL電平，引腳T1OUT、T2OUT，R1IN、R2IN為EIA電平。MAX232的接口電路如圖4-4所示。圖4-4MAX232接口電路第五章下位機設(shè)計5.1溫度傳感器DS18B20程序設(shè)計DS18B20是在一根I/O線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴格的時序要求。DS18B20有嚴格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將主機作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機主動啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進行寫命令后，主機需啟動讀時序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。其設(shè)計流程圖如圖5-1所示：圖5-1DS18B20工作時序流程圖5.2液晶1602A子程序設(shè)計1602A的設(shè)計主要是首先對其自身初始化設(shè)置，主要包括顯示模式設(shè)置、顯示開/關(guān)及光標設(shè)置、讀寫數(shù)據(jù)設(shè)置，設(shè)置完以后，1602A可以正常的工作，然后將給出要顯示數(shù)據(jù)的指定的地址，給出地址以后，在送要顯示的數(shù)據(jù)，1602A的讀寫時序也要嚴格的遵守，否則1602A不會工作正常。有以上的分析可得程序讀寫時序流程圖如圖5-2所示：圖5-2讀寫時序流程圖5.3上、下位機數(shù)據(jù)通信子程序設(shè)計上位機和下位機的通訊主要通過RS-232，來進行通訊的，在本次的設(shè)計里，由于要單片機向上位機發(fā)送數(shù)據(jù)，因此要設(shè)計發(fā)送數(shù)據(jù)子程序，因此要設(shè)置串口的工作方式，這次設(shè)計采用了串口工作方式1，由于串口工作方式1的波特率是由定時器控制的，因此還要有定時器程序，產(chǎn)生需要的波特率來控制串口的功能工作方式。設(shè)計的程序如下所示：voidsend_init(){TMOD=0x20;//定時器1工作方式為方式1 TH1=0xfd;//置入T1的計數(shù)初值 TL1=0xfd; TR1=1;//定時器開始計數(shù) REN=1;//串口中斷打開 SM0=0;//設(shè)串口工作方式為方式1 SM1=1; EA=1;//開總中斷 ES=1;//開串口中斷}5.4報警子程序設(shè)計當溫濕度不在設(shè)定值區(qū)間的時候就要發(fā)出報警信號，這樣可以起到提示的作用，首先要給上下限的值，這樣就可以進行比較，然后經(jīng)過判斷語句判斷是否在設(shè)定的區(qū)間，當不在設(shè)定的區(qū)間是就發(fā)出報警信號，一直進行循環(huán)判斷，設(shè)計流程圖如下圖5-3所示。圖5-3報警子程序流程圖第六章上位機程序設(shè)計6.1設(shè)計思路上位機的程序設(shè)計主要接受來自下位機的溫濕度的數(shù)據(jù)，然后將溫濕度數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)處理子程序進行數(shù)據(jù)的處理，然后把處理后的數(shù)據(jù)送到報警子程序，與設(shè)定的上下限進行比較，如果工作早設(shè)定的區(qū)間就顯示正常工作，如果不在設(shè)定的區(qū)間就提示工作不正常，由于要有歷史數(shù)據(jù)的存儲，所以應(yīng)當設(shè)計數(shù)據(jù)存儲子程序，這次設(shè)計的LabVIEW存儲子程序，當有數(shù)據(jù)送到上位機時，會自動生成報表形式的歷史數(shù)據(jù),以便歷史回讀。其設(shè)計流程圖如下圖6-1所示。圖6-1上位機LabVIEW程序設(shè)計流程圖6.2溫濕度平均值的計算在庫房中，經(jīng)常需要知道所測溫度的平均值及實時溫度與平均值之間的偏差以便更好的控制溫度，從而使它能夠更好的影響產(chǎn)品的數(shù)量與質(zhì)量。而在統(tǒng)計學中，取平均是最常用的改進期望值的標準技術(shù)。有兩種取平均值的方法：1.RMS平均或稱“功率平均”，即均方根值平均[6]。它是將所有采集到的數(shù)據(jù)值平方之后相加，然后除以數(shù)據(jù)個數(shù)，再取該平均值的平方根，其數(shù)學表達式如式（6-1）所示：（6-1）式中：N為數(shù)據(jù)個數(shù)，xi為各次數(shù)據(jù)值。2.疊加平均，它可用來改善疊加的信噪比。它對一點數(shù)據(jù)連續(xù)采用多次，然后計算其平均值，以平均值作為該點的采樣結(jié)果。對溫度數(shù)據(jù)的處理用算術(shù)平均值的方法，將采集到的數(shù)據(jù)用軟件的方法來實現(xiàn)。其程序框圖如圖6-2所示。圖6-2平均值VI6.3LabVIEW中溫濕度串口通訊1.RS-232簡介串行通信端口(SerialCommunicationPort)在系統(tǒng)控制的范疇中一直占有極重要的位置，不僅沒有因為時代的進步而淘汰，反而是在規(guī)格上越來越向其極限挑戰(zhàn)?，F(xiàn)在，計算機上的串行通信端口(RS-232)是標準配置，用途上則以連接調(diào)制解調(diào)器(Modem)作通信傳輸，尤其是因特網(wǎng)成為潮流后，接上因特網(wǎng)取得數(shù)據(jù)是相當重要的一個收集方法，最為常見。當然，它的重要性還不僅如此，在本文中還會對通信端口的應(yīng)用作一個深入的介紹。RS-232通信端口是每部計算機上的必要配置，通常含有COM1與COM2兩個信道，一般的計算機將COM1以9針的接頭接出，而將COM2以25針的接頭接出。新一代的計算機均以9針的接頭接出所有的RS-232通信端口。在計算機上的RS-232均是公頭，即使是25針也是公頭，千萬不要與其他的設(shè)備弄混淆了（打印機連接端口也是25針，不過它是母頭，請仔細分辨）。通常與計算機連接的設(shè)備，一般都是RS-232接口，不僅使用簡單，而且價格上也便宜很多：在市面上可見的數(shù)碼相機、調(diào)制解調(diào)器等大都以RS-232作為與計算機溝通的接口。仔細檢查計算機的后面接線不部分，大大小小的接頭一堆，有兩個9針的接頭（以較新的計算機來說，舊型計算機可能有25針的型式），這就是串行通信端口。2.串行通訊終端與計算機之間或者計算機與計算機之間進行交換信息時，除了采用并行通訊方式之外，還經(jīng)常采用串行通訊方式。并行通訊是指數(shù)據(jù)的各位同時進行傳送，其優(yōu)點是傳送數(shù)據(jù)速度快，缺點是有多少位數(shù)據(jù)就需要多少根傳輸線，這在數(shù)據(jù)位數(shù)較多，傳送距離較遠時就不宜采用。串行通訊是指數(shù)據(jù)一位一位地按順序傳送，其突出優(yōu)點是只需一根傳輸線，特別適應(yīng)于遠距離傳輸，缺點是傳送速度較慢。在微機測量，控制系統(tǒng)中，目前串行數(shù)據(jù)的傳輸大多采用異步通訊的方式。（1）同步通訊和異步通訊串行通訊分為同步傳送和異步傳送兩種方式：同步傳送方式要求通信雙方以相同的速率進行，而且要準確地協(xié)調(diào)。它通過共享一個單個時鐘或定時脈沖源以保證發(fā)送方和接受方準確同步。其特點是允許連續(xù)發(fā)送一組字符序列（而非單個字符），每個字符數(shù)據(jù)位數(shù)相同，沒有起始位和停止位，效率高。異步傳送方式不要求通信雙方同步，發(fā)送方和接收方可以有各自的時鐘源。為了能夠?qū)崿F(xiàn)通信，雙方必須都遵循異步通信協(xié)議。在異步通信中，通信雙方必須規(guī)定兩件事：一是字符格式，即規(guī)定字符各部分所占的位數(shù)，是否采用奇偶校驗，以及校驗的方式；二是采用的波特率，以及時鐘率與波特率之間的比例關(guān)系。由此可見，異步通信方式的傳輸效率比同步通信方式低，但它對通信雙方的同步要求大大降低，因而成本也比同步通信方式低。（2）DTE和DCE在串行通訊中，用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的設(shè)備稱為數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DataTerminalEquipment簡寫為DTE）。DTE既可以是一臺計算機，也可以是一臺只接收數(shù)據(jù)的打印機。用于連接DTE與數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備稱為數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DataCommunicationsEquipment簡寫為DCE），或稱為數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備。DCE既可以是一個調(diào)制解調(diào)器,也可以是簡單的線路驅(qū)動器。（3）波特率在串行通訊中還有一個重要的指標——波特率（又稱調(diào)制速率）。波特率定義為每秒鐘傳送二進制數(shù)碼的位數(shù)，以位/秒（bit/s）為單位，亦稱“波特”。在異步通訊中，波特率為每秒傳送的字符數(shù)和每個字符位數(shù)的乘積，例如每秒傳送的速率為120字符/秒，而每個字符又包含10位（1位起始位，7位數(shù)據(jù)位，1位奇偶校驗位，1位停止位），則波特率為：120字符/秒×10位/字符＝1200位/秒＝1200波特LabVIEW中的串行通訊，它位于Allfunction→InstrumentI/O→Serial。3.LabVIEW實現(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)的程序[15]在LabVIEW中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)，其程序前面板與后面板如圖6-3和圖6-4所示。圖6-3程序后面板圖6-4程序前面板6.4LabVEW溫濕度報警模塊程序在LabVIEW中，溫濕度當高于或者低于上限或者下限的時候都要發(fā)出警報，下位機的電路就要產(chǎn)生進行相應(yīng)的控制。其報警模塊程序后面板如圖6-5所示。圖6-5程序前面板圖6.5LabVIEW中溫濕度濾波程序由于有下位機傳輸?shù)缴衔粰C的數(shù)據(jù)時，避免不了要產(chǎn)生雜波信號，這樣會干擾上位機對溫濕度的判斷這樣，就會就會造成溫濕度的報警不是很準確，對庫房的溫度控制不準確，造成不必要的損失，所以要數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C的時候要將這些雜波信號經(jīng)過濾波電路過濾掉，這樣就會可以對溫濕度進行實時的控制和檢測。在LabVIEW中，實現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)的濾波電路，其溫濕度濾波程序[4]前面板如圖6-6所示。圖6-6程序前面板圖6.6上位機整體程序上位機的整體程序如圖6-7和圖6-8所示。圖6-7上位機主程序前面板圖6-8上位機主程序后面板第七章系統(tǒng)的仿真與調(diào)試7.1系統(tǒng)調(diào)試整個溫度測控系統(tǒng)的主界面只有一個屏，它充分利用了計算機在運算、顯示、存儲、回放、調(diào)用等方面的功能構(gòu)成了一臺從外觀到功能都完全與傳統(tǒng)硬件儀器相同，同時又充分結(jié)合PC機優(yōu)點的全新儀器系統(tǒng)。其中儀器的按鍵功能和面板、控件都是由軟件形成的，因此整個溫度測控系統(tǒng)的監(jiān)控界面就是一個典型的虛擬儀器。它可以實現(xiàn)對溫度數(shù)據(jù)的實時采集與顯示，溫度報警系統(tǒng)的建立、溫度概率分布的顯示、溫度平均值的計算等。因為該測控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)需要進行保存，而且事后還需要進行分析以確定溫度數(shù)據(jù)對整個系統(tǒng)的影響，所以需要用數(shù)據(jù)庫的形式來存儲溫度數(shù)據(jù)。由于條件與時間限制，本次設(shè)計所以調(diào)試都是在模擬的條件下進行的，通過產(chǎn)生隨機溫度可以很直觀的看到整個溫度數(shù)據(jù)分布的情況。使用這一個界面就能很好的實現(xiàn)整個測控系統(tǒng)的功能?？梢钥闯鯨abVIEW強大的數(shù)據(jù)處理功能。7.1.1溫濕度報警調(diào)試利用隨機數(shù)產(chǎn)生一個1-50隨機溫度和隨機濕度，測試溫濕度報警的程序，測試結(jié)果見下圖。圖7-1溫度報警后面板圖7-2溫濕度報警前面板圖7-3溫濕度報警前面板根據(jù)測試，系統(tǒng)可以正確的判斷溫濕度，并實施報警。此部分程序符合設(shè)計要求。7.1.2溫濕度波形調(diào)試依然采用隨機數(shù)的原理產(chǎn)生一個20-35的溫度，進行模擬測試。測試結(jié)果見下圖。圖7-4隨機溫度的產(chǎn)生程序圖7-5隨機溫度的變化波形利用隨機數(shù)產(chǎn)生一個40-60的濕度，進行調(diào)試圖7-6隨機濕度的產(chǎn)生程序圖7-7濕度的變化波形圖7-8溫濕度的變化波形圖7.1.3溫度濾波測試溫度測試也是采用產(chǎn)生的模擬溫度進行測試。測試結(jié)果見下圖。圖7-9溫度濾波電路程序框圖圖7-10溫度濾波前面板7.2系統(tǒng)演示將上位機和下位機連接好以后，進行溫濕度的檢測和處理，上位機前面板顯示數(shù)據(jù)如圖7-11所示。圖7-11上位機前面板報表生成格式如下圖7-12所示。圖7-12報表格式生成報表如圖7-13所示。圖7-13生成報表結(jié)論本次設(shè)計經(jīng)過多次的修改，能夠基本實現(xiàn)設(shè)計的功能，在這次畢業(yè)設(shè)計中，我深深感覺到了自己基本知識的不足，以及自己沒有深入課題的實際調(diào)查和研究，由于時間和實際的條件限制，通過模擬測試，各項指標基本達到了設(shè)計的要求，實現(xiàn)了溫濕度的采集與報警，溫濕度的波形顯示與濾波。而溫濕度的數(shù)據(jù)采集比較準確，系統(tǒng)工作良好，各部分都已經(jīng)過測試，設(shè)計基本達到預(yù)期的目標，但是由于條件有限，并沒有進行現(xiàn)實條件下的測試，所以現(xiàn)實條件下的測試還有待于進一步的論證。本次設(shè)計基本可以達到所有要求，但還是存在一些缺陷，由于上下位機采用的是串口通訊方式，溫度傳感器DS18B20和濕度傳感器HS1101采集的數(shù)據(jù)要實時的傳送到上位機，讓上位機的程序進行實時的處理數(shù)據(jù)，因此上位機處理的信號就不能將上位機的控制信號發(fā)送到下位機進行對風扇和加熱器的控制了，否則由于只有一個串口，所以需要分時序進行數(shù)據(jù)的傳輸，這樣溫濕度的數(shù)據(jù)傳輸就有間隔了，就達不到實時控制的要求，為了解決這一個問題，將對風扇和加熱器的控制改為對用單片機進行控制，這樣就不會出現(xiàn)沖突，控制的也會比較準確。同時風扇和加熱器對于溫度與濕度的調(diào)節(jié)作用不強，所以將改用空調(diào)與加濕器進行調(diào)節(jié)溫濕度。參考文獻：[1]林靜，林振宇．LabVIEW虛擬儀器程序設(shè)計從入門到精通[M]．北京：人民郵電出版社．2010[2]張強.數(shù)字溫度傳感器DS18B20在化工領(lǐng)域的應(yīng)用[J]．儀器儀表智能化.2004[3]強鋒.庫房防潮與除濕[M].北京：高等教育出版社.1991[4]譚浩強.C程序設(shè)計（第三版）[M].北京：清華大學出版社.2005[5]李鄧化，彭鄧化.智能檢測技術(shù)及儀表[M].北京:科學出版社.2008[6]楊樂平，李海濤，肖相生.LABVIEW程序設(shè)計與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社．2004[7]閻石.數(shù)字電子技術(shù)（第五版）[M]北京：高等教育出版社.2005[8]竇振中.單片機外圍部件實用手冊輸出通道器件分冊[M].北京：北京航空航天大學出版社.2003[9]武慶生，仇梅.單片機原理與應(yīng)用[M].四川:電子科技大學出版社.2010[10]胡漢才.單片機及接口技術(shù)[M].清華大學出版社.1996[11]楊振江，杜鐵軍，李群.流行單片機實用子程序及應(yīng)用實例[M].西安：西安電子科技大學出版社.2004[12]劉國榮，梁景凱.計算機控制技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社.2008[13]張重雄.虛擬儀器技術(shù)分析與設(shè)計[M].北京：電子工業(yè)出版社.2007[14]詹惠琴.虛擬儀器設(shè)計[M].北京：高等教育出版社.2007[15]張凱.LabVIEW虛擬儀器工程開發(fā)與設(shè)計[M].北京：國防工業(yè)出版社.2004[16]楊樂平.LabVIEW程序設(shè)計與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社.2001[17]劉其和，李云明.虛擬儀器程序設(shè)計與應(yīng)用[M].北京：化學工業(yè)出版社.2011[18]楊運強，測試技術(shù)與虛擬儀器[M].北京：機械工業(yè)出版社.2010[19]趙國忠，陶寧.虛擬儀器設(shè)計實訓入門[M].北京：國防工業(yè)出版社.2008[20]趙會兵.虛擬儀器技術(shù)規(guī)范與系統(tǒng)集成[M].北京：清華大學出版社.2003附錄A下位機主程序#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitrs=P0^7;//數(shù)據(jù)/命令選擇端(H/L)sbitrw=P0^6;//讀/寫選擇端(H/L) sbitlcden=P0^5;//定義1602端口sbitDQ=P3^6;//定義溫度傳感器DS18B20通信端口sbitBZ=P3^7;sbitkey1=P3^4;sbitkey2=P3^5;sbitkey3=P1^0;sbitkey4=P1^1;sbitkey5=P1^2;sbitkey6=P1^3;sbita=P1^4;sbitb=P1^5;sbitc=P1^6;sbitd=P1^7;uintt,temp,flag;uintnum1=200,num2=400;ucharcodetable[]="Tempis";ucharcodetable1[]="Dampis";voidsend_init(){TMOD=0x20;//定時器1工作方式為方式1 TH1=0xfd;//置入T1的計數(shù)初值 TL1=0xfd; TR1=1;//定時器開始計數(shù) REN=1;//串口中斷打開 SM0=0;//設(shè)串口工作方式為方式1 SM1=1; EA=1;//開總中斷 ES=1;//開串口中斷}voiddelay(uintz){uintx,y; for(x=z;x>0;x--) for(y=125;y>0;y--);}voiddelay1(uinti){while(i--);}voidwrite_com(ucharcom){rs=0; lcden=0; P2=com; delay(5); lcden=1; delay(5); lcden=0;}voidwrite_date(uchardate){rs=1; lcden=0; P2=date; delay(5); lcden=1; delay(5); lcden=0;}voidinit_1602(){ucharnum; lcden=0; rw=0; write_com(0x38); write_com(0x0c); write_com(0x06); write_com(0x01); write_com(0x80); for(num=0;num<8;num++) {write_date(table[num]); delay(5); } write_com(0x80+0x40); for(num=0;num<8;num++) {write_date(table1[num]); delay(5); 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