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文檔簡介
1、串口通信課程總結(jié)題目: 溫度實時監(jiān)控系統(tǒng)目錄緒論 21.1 研究課題的目的及意義 21.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀 21.3 本設(shè)計的目標(biāo) 32 開發(fā)工具介紹 42.1 keil 簡介 42.2 C+ Build 簡介 43 下位機設(shè)計 53.1 下位機的系統(tǒng)設(shè)計 53.2 下位機的程序設(shè)計 53.3 DS18B20 模塊設(shè)計 63.5 串口模塊設(shè)計 94 上位機設(shè)計 124.1 上位機系統(tǒng)簡介 124.2 溫度顯示部分 124.3 數(shù)據(jù)庫存儲部分 134.4 溫度曲線部分 145 調(diào)試過程 155.1 下位機調(diào)試 155.2 上位機調(diào)試 156 系統(tǒng)總結(jié) 17【參考文獻】 18緒論1.1 研究課題的目的
2、及意義 實時測量溫度是在當(dāng)今的自動化控制領(lǐng)域尤為重要, 比如電機運行時溫度的 升高會直接影響其壽命和可靠性; 液體混合加熱時, 溫度過低過高都有可能液體 混合的效果。所以,實時溫度監(jiān)控就像人的一雙眼睛,把無形的溫度,轉(zhuǎn)換成我 們可見的信號。 通過這個系統(tǒng), 我們就能輕松地管理好溫度并對其做出相應(yīng)的判 斷。最傳統(tǒng)的實時監(jiān)控溫度系統(tǒng)是由溫度計直接完成。 隨著科技的發(fā)展, 電子溫 度計取代了傳統(tǒng)的溫度計,由MCI控制溫度芯片,加上顯示部件,就構(gòu)成了第二 代溫度監(jiān)控系統(tǒng)。隨著 PC的普及,以及遠程監(jiān)控的優(yōu)越性,第三代溫度監(jiān)控系 統(tǒng)應(yīng)運而生。第三代溫度監(jiān)控系統(tǒng)是由MCU空制溫度傳感器,將采集到的溫度數(shù)
3、據(jù)實時傳送到上位機, 并在上位機上將接收到的數(shù)據(jù)進行分析處理, 最終講結(jié)果 返還,同時還可以通過上位機直接去操作實物, 從而達到了非接觸式的效果, 這 大大地提高了效率,同時穩(wěn)定性和可靠性也相應(yīng)有個提高。那么,對于我們來說, 實時溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計是讓我們掌握并鞏固所學(xué)的 知識,提高自己動手能力的一個重要的途徑。 通過對它的設(shè)計, 我們可以掌握實 時溫度監(jiān)控系統(tǒng)的精髓從而使能力得到很大的提高, 這樣就有利于我們今后自身 的發(fā)展。1.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀目前計算機硬件技術(shù)朝著巨型化、 微型化和單片化三個方向發(fā)展, 單片機代 表著計算機技術(shù)的一個發(fā)展方向,先后經(jīng)歷了 4 位機、8 位機、16 位機、 3
4、2位 機和 64 位機等幾個發(fā)展階段。雖然單片機經(jīng)過幾個階段的發(fā)展, 但從實際情況來看, 并沒有出現(xiàn)像微機處 理那樣推陳出新、更新?lián)Q代的局面,這也是單片機發(fā)展的一大特點。4 位、8位、16 位、32 位都存在于市場中,各有應(yīng)用領(lǐng)域。不過,各類單片機為適應(yīng)市場需求,都要求在原來的基礎(chǔ)上采用新技術(shù)、提高性能,推出新產(chǎn)品。下圖是電子工 程師對單片機選型的市場調(diào)查,從中可以看到,8位單片機仍然是市場的主流產(chǎn)品,但32位單片機發(fā)展很迅速。市場占有率50. COS40.30. m20, cost1Q.OOS135|TL1.F61;冊豚霹無匕QO屋±-.0-©盤mir4嚼小- -總覽甜口
5、f市場占有率從單片機30多年的發(fā)展例程可以看到,單片機技術(shù)的發(fā)展以微處理器技術(shù) 及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展為新導(dǎo), 體系上,由SCM±渡到MCU最后向SOC 方向發(fā)展。同時,單片機速度越來越快,工作電壓和功耗降低,引入了低噪聲和 高可靠的技術(shù),并由原來的一次性寫入,變成了可多次編程以及在線仿真等等。1.3本設(shè)計的目標(biāo)(1)掌握PCF8563 DS18B20以及串口中斷、定時器等模塊知識,深化 C語言語 法,進一步熟悉單片機編程方法。(2)掌握C+Build的常規(guī)使用,并會簡單的開發(fā)。(3)掌握利用ACCES建立數(shù)據(jù)庫并會SQL的一般查詢。(4)實現(xiàn)上下位機的基本通信。2 開發(fā)工具介
6、紹2.1 keil 簡介Keil C51是美國Keil Software 公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件 開發(fā)系統(tǒng),與匯編相比,C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯 的優(yōu)勢,因而易學(xué)易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理 和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案,通過一個集成開發(fā)環(huán)境 (uVision )將這些部分組合在一起。運行 Keil 軟件需要 WIN98、 NT、 WIN2000、 WINXP等操作系統(tǒng)。如果你使用C語言編程,那么Keil幾乎就是你的不二之選, 即使不使用C語言而僅用匯編語言編程,其方便易用的集成環(huán)境、強大的軟件仿 真調(diào)試工具
7、也會令你事半功倍。2.2 C+ Build 簡介C+ Builder 是由 Borland 公司推出的一款可視化集成開發(fā)工具。 C+ Builder 具有快速的可視化開發(fā)環(huán)境:只要簡單地把控件( Componen)t 拖到窗 體(Form)上,定義一下它的屬性,設(shè)置一下它的外觀,就可以快速地建立應(yīng)用 程序界面;C+Builder內(nèi)置了 100多個完全圭寸裝了 Windows公用特性且具有完 全可擴展性(包括全面支持 ActiveX 控件)的可重用控件; C+ Builder 具有一 個專業(yè)C+開發(fā)環(huán)境所能提供的全部功能:快速、高效、靈活的編譯器優(yōu)化,逐 步連接,CPU透視,命令行工具等。它實現(xiàn)
8、了可視化的編程環(huán)境和功能強大的編 程語言(C+)的完美結(jié)合。C+ Builder 優(yōu)化的 32 位原碼( Native Code )編譯器建立在 Borland 公 司久經(jīng)考驗的編譯技術(shù)基礎(chǔ)之上, 提供了高度安全性、 可靠性、 快速性的編譯優(yōu) 化方法, 完全編譯出原始機器碼而非中間碼, 軟件執(zhí)行速度大大提高。 在編譯和 連接過程中, C+ Builder 自動忽略未被修改的原代碼和沒有使用的函數(shù),從而 大大提高了編譯和連接速度。C+ Builder的CPUS視工具包括五個獨立的小面 板,可以對正在運行程序從內(nèi)部進行深層次的了解。3下位機設(shè)計3.1 下位機的系統(tǒng)設(shè)計該溫度實時監(jiān)控系統(tǒng)組成的基本硬
9、件模塊主要有 5V電源、DS18B20溫度傳 感器、PCF8563時鐘芯片、串口、STC89C5以及數(shù)碼管組成。這些模塊都是比較 基礎(chǔ)。以下是下位機系統(tǒng)框圖:<0VPCF8563時鐘芯片O DS18B20溫度傳感器A數(shù)碼管顯示由于時間有限,這次沒有做板,這次所用的是一塊以前電裝實習(xí)焊的開發(fā)板, 它集成了以上用到的所有模塊。3.2下位機的程序設(shè)計一般的單片機程序設(shè)計,都是先把小模塊程序調(diào)試成功,然后進行封裝,最 后再把各個已封裝好的小模塊進行組合,在主函數(shù)中直接調(diào)用并綜合運用。本次 的設(shè)計思路就是這樣。其流程如下圖所示開始3.3 DS18B20模塊設(shè)計DS18B2C只有三個管腳,是典型的一
10、線總線封裝。所以它的原理圖也很簡單,一根電源線和一根底線再加上一根數(shù)據(jù)線。下圖3.3.1圖是它的原理圖:讀寫18B20,需要很嚴(yán)格的時序控制。以下是 18B20的讀寫控制時序圖:18B20寫一個字節(jié)的時序圖讀寫18B20,就是根據(jù)它的時序圖,定義變量,然后拉高拉低,控制延時時間就可以了。事實上,大部分芯片都是通過看它的時序圖來編寫程序的,所以學(xué)會看時序圖,也是編程的一門必修課。一個封裝好的18B20模塊,應(yīng)該包括下面 幾個部分:3.4 PCF8563模塊設(shè)計PCF8563是低功耗的CMO實時時鐘/日歷芯片,它提供一個可編程時鐘輸出, 一個中斷輸出和掉電檢測器,所有的地址和數(shù)據(jù)通過 12 C總線
11、接口串行傳遞, 是很典型的12 C總線芯片。PCF8563是 DIP8封裝,它的引腳圖以及引腳說明如下圖:PCFB563P PCF8563T PCFB56JTS習(xí) dKCHJT Dscl TJsoa闍I PCFS561管生葉列惓表1 PC FS563密iP楷述符號描述OSCII振蕩器卷人OSCOINT3中斷輸LU < JT悵電平有故)4SDA5串行散據(jù)1OSCL6串行時押救入CLKOUT7時鐘輸出1開漏)VpD正電瀕根據(jù)它的引腳圖,很容易就可以畫出它的原理圖,一下是它的原理圖:F16400K104VDDOSCITNTCLKOUTOSC2SCLSDAVSSP10124PCF8563八75Y
12、2iQH32.76SM07T15P以下是PCF8563的各種工作時序圖:2 C總線的起動和停止條件RSTSCLKI/OA0A2A3A4 R/cPCF8563Y胃示讀一個字節(jié)程序RSTsclk#0( R/W AQ 陽 A2 A3 創(chuàng) R/CT( DO Di D2 DM D4 D5 06 D7 )PCF8563寫一個字節(jié)程序讀寫一個12 C程序,要注意的是時序的延時時間要精確,不能超過范圍, 以及SCL和SDA的先后順序要清楚。寫它的程序時,先根據(jù)時序圖寫出讀寫一個 字節(jié)以及初始化等最小模塊,然后通過這些最小模塊,編寫讀寫日期等操作,最 后將它們封裝成一個PCF8563.C文件,這樣不僅方便別人看
13、我們的程序,也非常 方便去調(diào)試程序。一下是PCF8563程序的模塊框圖:3.5串口模塊設(shè)計串口通信主要分成串行通信和并行通信, 該系統(tǒng)用到的是串行通信。串行通 信傳輸?shù)乃俾孰m然小于并行通信,但是可以節(jié)省很多 io 口,這對于單片機等10 資源較少的MCU來說,是非常重要的。串行口的控制可由其內(nèi)部的控制寄存器SCON來設(shè)定,它可以設(shè)定工作方式、接收發(fā)送控制以及設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志,下圖是 控制寄存器:位.2 2字節(jié)抱址;98HSM0SM1sm2|ren|tbsEtBSTIRISCON.如上圖,SM0 SM1是串口工作方式選擇位,通過它們的不同組合,可形成 4 中不同的工作方式,如下圖:Ir宙行口朗工作方
14、#SMOSMb方實說恥移位寄存器.# 1Q*bU10盤異步收發(fā)器(8位數(shù)據(jù)“可變卡b九11位異步收發(fā)器(9也咖yoso'64 或yisc 32-b11位異步收發(fā)器(9 0據(jù)).可變SM2多機通信控制位,只在工作方式 2和工作方式3使用REN允許串行接收控制位,當(dāng) REN=1時允許接收。TB8:發(fā)送數(shù)據(jù)D8位,在方式2和方式3時,TB8為所要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)。在 多機通信中,以TB8位的狀態(tài)表示主機發(fā)送的是地址還是數(shù)據(jù): TB8=0為數(shù)據(jù), TB8=1為地址。RB8接收數(shù)據(jù)D8位,在方式2和方式3時,接收到的第9位數(shù)據(jù)可作為奇偶校 驗位或地址幀或數(shù)據(jù)幀的標(biāo)志。在方式 1時,若SM2=0則
15、RB8是接收到的停止 位。在方式0時,不使用RB8位。TI :發(fā)送中斷標(biāo)志位,在方式0時,當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)第8位結(jié)束后,或在其它方式發(fā) 送停止位后,由內(nèi)部硬件使 TI置位,向CPU青求中斷。CPU在響應(yīng)中斷后,必 須用軟件清0。RI :接收中斷標(biāo)志位,在方式0時,當(dāng)接收數(shù)據(jù)的第8位結(jié)束后,或在其它方式 接收到停止位的的中間由內(nèi)部硬件使 RI置位,向CPU青求中斷。同樣,也必須 在CPU響應(yīng)中斷后,必須用軟件清0。串口通信,就是根據(jù)上面幾個參數(shù),控制串口的工作狀態(tài)。先讓串口初始化, 關(guān)閉串口,接著把所要寫的數(shù)據(jù)放入 SBUF當(dāng)中,然后開啟中斷,這樣就可以向上位機發(fā)送數(shù)據(jù)。同樣道理,定義一個數(shù)組變量,把
16、SBUF勺內(nèi)容寫到變量當(dāng)中, 也可以接收到上位機發(fā)來的數(shù)據(jù)。一個完整的串口封裝,它的程序框圖應(yīng)該包括下面幾項:104C20使用51單片機,通常我們用的串口是 RS232它是由MAX2325片和9針的 串口加上合適的電容電阻組成,它的硬件原理圖如下圖:104DB3VCC 1 吩O(shè) O52VEEGNDR2INR2OUTRUNR1OIJTT2OUTT2NT1OUTtiinC2+C2-vccC-VDDC1+6871、-142 210_p31TT_T94上位機設(shè)計4.1上位機系統(tǒng)簡介本次上位機是實現(xiàn)溫度的實時顯示, 以及查詢歷史溫度,并且用曲線去顯示 溫度的變化趨勢。所以,該系統(tǒng)主要分為三大部分:溫度顯
17、示部分、數(shù)據(jù)庫存儲部分、溫度曲線部分。下圖是完成后的整個上位機截圖:該系統(tǒng)由于下位機沒有時間的校正, 與北京時間存在一定的差別,所以時間 的顯示時,直接獲取電腦的時間。當(dāng)然,在數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)存儲時,還是用下位 機傳送的時間數(shù)據(jù)。由于查詢數(shù)據(jù)庫時,不能同時又進行數(shù)據(jù)庫的存儲,所以在 上位機上添加了“返回實時接收”的功能。該系統(tǒng)上下位機的串口通信協(xié)議為:FF FA TempH TempL yea mon day hou min sec 。4.2 溫度顯示部分溫度顯示是該系統(tǒng)最為直觀也是首要完成的任務(wù),因為它能直觀地實時顯示出溫度。由4.1節(jié)最后的上下位機通信協(xié)議我們可以很清楚的知道:要能顯示數(shù)據(jù),
18、首先是能接收到下位機傳送上來的數(shù)據(jù)。所以在接收溫度和時間等數(shù)據(jù)時,首先要根據(jù)通信協(xié)議,判斷接收到的字符串的前兩個數(shù)是不是FF、FA,如果是,則開始接收數(shù)據(jù),接收到的數(shù)據(jù)將在接收數(shù)據(jù)的MemOl顯示,如右下圖:FFFA 1C O呂 OC 04 19 06 31 30FF FA 1C 06 OC Od 18 0B 31 3FF FA 1C 06 OC Od 18 OB 31 3FF FA 1C 06 OC 04 1 8 06 31 3 FFFA1C08 OCQ4 16 OB 32 OOFF FA IC 06 0匚 04 18 OB 32 0下位機傳送上來的是十六進制數(shù),我們要 先把接收到的數(shù)據(jù)進行
19、十進制轉(zhuǎn)換,然后再轉(zhuǎn) 換成字符串,之后截取數(shù)組的長度,把溫度的 數(shù)據(jù)加上溫度符號發(fā)送到相應(yīng)的位置進行顯 示。到此位置,溫度顯示部分就完成了。4.3 數(shù)據(jù)庫存儲部分?jǐn)?shù)據(jù)庫存儲是該系統(tǒng)比較重要的一部分,也是上位機的難點之一。由于時間倉促,這次數(shù)據(jù)庫只是拿老師課件里的數(shù)據(jù)庫改了一下,功能還沒有很完善,查詢數(shù)據(jù)庫的范圍很小。數(shù)據(jù)庫部分需要掌握的知識,主要有利用 Access創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫,添加系統(tǒng)所需要的ID,然后在上位機C+Build的窗體中添加ADOConnection ADOQuer和 DataSource 三個控件,并新建一個 DBGrid 用來顯示數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容。下圖是用 Access建好的數(shù)據(jù)庫
20、:工DHexDat 勺TempA*idT i nt»2FFJA3626OC05 丄"56.3S' C口 IS3FFFA38260C0519156.38n C£01 £年5月 25 3184FF?A3826aC0519156.38" CMl 2年5 月 25 0185FFFA302CaC0!jl9i導(dǎo)口.30 C之HR;月 K 口 IB0FEFAlAn70C0413020.7* C20124月孕曰1.17FFFA1AJ070C0413026.7* C20124月輕曰ll8F FFA1 AjOTOC 041 白 026.7* C2012=4
21、月 £:-t|=| 119F FFA1AJOTOC 0418026.C20124 月土4=曰 1110F FFA1 ADTaC 0418026,7° C空Cii 2年4月次曰111 1F FFA1 ADTOC O41SO26.7° C20124 月 24 H12FFFAl WJTOC0413026,7D C2012年斗月24 0113fffai26,TD C£124241=11114FFFA1ADTOC0418028» 7° C2012稈叫月2吒曰1115FFFAlAD70C0413026.7° C2013年4 月 24 0
22、11由于數(shù)據(jù)庫不能同時進行查詢和添加數(shù)據(jù)兩個操作, 所以在查詢的時候要暫 停對數(shù)據(jù)庫的寫操作, 當(dāng)查詢完推出數(shù)據(jù)庫以后, 如果要繼續(xù)記錄數(shù)據(jù), 要點擊 DBGrid旁邊的“返回實時接收按鈕”。如果要查詢某一時間段溫度的數(shù)據(jù),在右 邊的提示框里面寫入相應(yīng)的正確格式的時間。如:要查詢“ 2012年 4 月”的數(shù) 據(jù),只需在提示框里面輸入“ 2012年 4 月”等字樣。如果要查詢更小范圍的數(shù) 據(jù),比如查詢 2012年4月 24號11點 17分,在提示框里面輸入“ 2012年4月 24日 11:17”即可。4.4 溫度曲線部分該系統(tǒng)描繪溫度曲線有實時溫度曲線和歷史溫度曲線兩部分。 實時溫度曲線 實時描
23、繪當(dāng)前的溫度變化, 而歷史溫度曲線更直觀地分析以往溫度數(shù)據(jù)。 溫度曲 線是每變化0.1C時變化一個最小坐標(biāo),所以在平常溫度變化范圍較小的時候我 們看到的是一條近似的直線。溫度曲線用到的控件是 Win32里面的Image控件。使用該控件時,可用 C+ 語言對其進行顏色、坐標(biāo)等設(shè)置。在該控件上面,添加了ScrollBar1 和ScrollBar2 ,分別用來改變位置和調(diào)整圖像大小。 我們根據(jù)接收到的數(shù)據(jù), 將畫 圖坐標(biāo)進行設(shè)置:X坐標(biāo)對應(yīng)的是時間的刻度,Y坐標(biāo)對應(yīng)的是溫度,這樣就可 以描出點來,Image可以將這些點進行整合成曲線并顯示出來,從而達到描繪溫 度曲線的功能。5 調(diào)試過程5.1 下位機
24、調(diào)試本次下位機不算復(fù)雜,PCF8563和DS18B20以前都用過,本來打算用液晶 LCD1602乍為顯示輸出裝置,但是由于開發(fā)板上沒有給液晶預(yù)留接口,使用起來 不方便,加上上位機輸出比較直觀, 所以下位機只用開發(fā)板上的 4 個一位數(shù)碼管 顯示溫度。這次下位機程序, 主要的故障是串口部分, 以往都是簡單的串口發(fā)送接收, 對這一塊沒有深入了解。 由于是先做下位機, 所以只是拿單片機串口調(diào)試小助手 來調(diào)試下位機。 在輸出時間溫度都已經(jīng)正常的基礎(chǔ)上, 怎么協(xié)調(diào)地把時間和溫度 發(fā)送到上位機, 思路不是很明白。 我原來只是想到要建一個數(shù)組, 然后把溫度和 時間依次寫到數(shù)組里面,然后把數(shù)組依次寫到 SBUF
25、1面,加上相應(yīng)的定時器定 時讀取時間和溫度, 通過中斷把它們發(fā)送到上位機。 可是在調(diào)試過程中, 我并沒 有發(fā)現(xiàn)自己想要的效果, 串口調(diào)試小助手接收到的是一串亂碼。 為了縮減檢查范 圍,把原來的時間寫到數(shù)組的數(shù)據(jù)全部注解掉了, 只留下溫度, 用同樣的方法去 調(diào)試,結(jié)果很明顯:還是一串亂碼。懷疑是進制轉(zhuǎn)換出了差錯,于是我連溫度都 不要了,直接把一個已知的數(shù)據(jù)(0XFF裝到SBUF里面,驗證十六進制輸出是 否正常,得到的結(jié)果不正常。于是又把 0XFF改成1,驗證十進制是否正常,結(jié) 果還是不正常。我就怪了,這樣的話,就不是進制轉(zhuǎn)換的問題了。感覺沒有什么 思路了,隨便在1后面加上0X30,奇怪,這次發(fā)送
26、到上位機的正確了。我突然 醒悟,不是進制問題,是沒有把字符轉(zhuǎn)換成 ASCII 碼!后來,我發(fā)現(xiàn),其實裝入 SBUF的默認(rèn)是16進制,即使不加0X30,在串口調(diào)試小助手里面選擇以 HEX形式 接收,依然可以接收到正常的 16進制數(shù)。 有了這個基礎(chǔ)上, 再加上一定的協(xié)議, 下位機算是完成了。5.2 上位機調(diào)試本次上位機調(diào)試花了很長一段時間, 其實糾結(jié)的問題最大的還不是程序。 而是軟件的安裝和串口控件的安裝。 很早就寫好了下位機并在串口調(diào)試助手調(diào)試成 功,等待在做好上位機的時候再次進行調(diào)試。 后來在同學(xué)的幫助下才成功解決這 兩個問題。 該系統(tǒng)上位機的左上角發(fā)送和接受部分, 就是為了方便上位機。 下位
27、 機發(fā)送的數(shù)據(jù)將在“接收”的Meme以16進制的方式顯示出來。剛開始,我的上 位機并沒有想到用這個模塊, 在調(diào)試溫度顯示時要時常打開串口調(diào)試小助手, 非 常麻煩,于是添加了這個部分, 這樣就可以避免了調(diào)試時要時常切換窗口而導(dǎo)致 不必要的麻煩。 到此,我們就可以進行溫度顯示以及數(shù)據(jù)庫顯示等部分的代碼的 編寫了。如果代碼編寫完后溫度顯示部分出問題,而“接收”的Meme顯示出來的 16進制正常,則說明是溫度顯示的代碼編寫出問題而不是串口接收出問題, 同樣道理,數(shù)據(jù)庫也可以用此方法進行調(diào)試。數(shù)據(jù)庫的調(diào)試花費的時間最多, 參照老師的課件, 做一個數(shù)據(jù)庫, 然后連接 到上位機, 可是就是寫不進數(shù)據(jù), 仔細檢查每一步后, 最后發(fā)現(xiàn)字符長度除了問 題。該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫查詢可以精確到秒,查詢起來比較方便。溫度曲線畫圖部分, 剛做好的時候感覺變化范圍比較小, 就是一條近似的直 線一樣,本來想改大一點刻度,但是后來想想,如果改大刻度,雖然是可以比較 直觀地看到溫度的變化, 但
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