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1、第一章 緒論汽油機(jī)噴油器的噴油特性對(duì)汽油機(jī)的動(dòng)力性,經(jīng)濟(jì)性,排放性能指標(biāo)有很大的影響。在電控汽油機(jī)中通過單片機(jī)對(duì)噴油器的各個(gè)噴油特性指標(biāo)測(cè)量和控制使噴油器的性能得到更大程度的優(yōu)化。此設(shè)計(jì)是通過串口通訊將單片機(jī)采集到的各個(gè)噴油器參數(shù)傳送到上位機(jī),上位機(jī)通過Labview對(duì)所接收的到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,達(dá)到對(duì)噴油器參數(shù)和功能的更加精確的控制。近年來,我國(guó)的摩托車行業(yè)得到了快速發(fā)展,我國(guó)摩托車產(chǎn)銷量躍居世界第一,出口躍居世界第二,摩托車已成為我國(guó)最具有全球化特征的機(jī)電產(chǎn)品之一,但隨著國(guó)民環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)和對(duì)摩托車排放污染嚴(yán)重性的認(rèn)識(shí)不斷提高,以及全球的能源恐慌,各國(guó)對(duì)摩托車的排放和經(jīng)濟(jì)性都提出了更
2、高的要求。近年來,我國(guó)的摩托車排放標(biāo)準(zhǔn)如下:2003年1月1日起執(zhí)行歐標(biāo)準(zhǔn);2004年1月1日起新定型的摩托車產(chǎn)品污染物的排放達(dá)到相當(dāng)于歐排放控制水平;2005年1月1日起新定型的輕便摩托車產(chǎn)品污染物的排放應(yīng)當(dāng)達(dá)到相當(dāng)于歐的排放控制水平;2006年前后我國(guó)所有新定型的摩托車產(chǎn)品污染物的排放應(yīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)排放控制水平;2008年我國(guó)將實(shí)施等同于針對(duì)摩托車歐排放標(biāo)準(zhǔn)的第3階段標(biāo)準(zhǔn)。由此可見,我國(guó)的摩托車排放標(biāo)準(zhǔn)加嚴(yán)進(jìn)程在不斷加快,這對(duì)我國(guó)摩托車行業(yè)來講,將是一個(gè)重大的考驗(yàn)。排放問題解決的好壞將直接關(guān)系到我國(guó)摩托車行業(yè)今后的可持續(xù)發(fā)展。在汽油機(jī)普遍采用電控技術(shù),發(fā)動(dòng)機(jī)性能普遍得到較大提高的今天,稀薄
3、燃燒技術(shù)為汽油機(jī)性能的進(jìn)一步提高提供了廣闊的前景。火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)采用稀薄燃燒技術(shù)不僅可以提高其燃油經(jīng)濟(jì)性,而且可以改善火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)大氣的污染。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排放方面,隨著空燃比的增加,由于采用稀的混合氣使燃燒溫度降低,NOx的排放明顯減少,同時(shí)燃燒產(chǎn)物中的氧成分有利于HC和CO的氧化,因此,HC和CO的排放也減小,然而,隨著空燃比增加到一定程度,由于燃燒速度的降低可能會(huì)使燃燒不完全,HC的排放會(huì)迅速增加。如果能合理地設(shè)計(jì)緊湊的燃燒室,并組織好空氣運(yùn)動(dòng)使燃燒在短時(shí)間內(nèi)完成,那么三種排放都可以大大減少。汽油機(jī)的排放問題在汽車方面已得到有效的解決:方案一 采用三效轉(zhuǎn)化器,該方案是目前在汽車領(lǐng)域運(yùn)用的最
4、成功的方法,可使CO、HC和NOx等排放物減少80%90%.方案二 采用稀燃技術(shù),該方案不僅可以較大幅度的降低汽油機(jī)的排放,還可以降低汽油機(jī)的油耗,提高其經(jīng)濟(jì)性。因此該方案是各研究單位研究和開發(fā)的熱點(diǎn)。比較上述兩方案,第一方案成本過高,不適合摩托車行業(yè);只有采用第二種方案,才能有效的解決目前摩托車行業(yè)遇到的困難。實(shí)現(xiàn)稀燃技術(shù),需解決的問題很多,實(shí)現(xiàn)摩托車汽油機(jī)的電控是解決該問題的關(guān)鍵【3】。電控汽油機(jī)的內(nèi)容很多,其中噴油系統(tǒng)就是最重要的內(nèi)容之一。它必須精確地計(jì)量燃油并形成噴霧,當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)作高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),在個(gè)噴油周期內(nèi)從開啟、噴油到回位僅幾個(gè)毫秒,為了使噴油器在如此短的過程中有足夠的噴油量,就要求其
5、具有很高的頻響特性1。另外,它的流量特性對(duì)汽油機(jī)與電控系統(tǒng)的匹配有很大影響。因此,通過建立數(shù)學(xué)模型研究其噴射過程具有重要實(shí)用意義,有助于了解各種參數(shù)對(duì)噴油器性能的影晌程度可為噴油器的開發(fā)設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供條新的有效手段。在電噴發(fā)動(dòng)機(jī)的電控系統(tǒng)中,電控單元通過控制噴油器的噴油脈寬來控制噴油量,從而適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)各種工況的需要。噴油量的精確性將直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及排放性能等,因此,有必要對(duì)噴油器的一個(gè)極為重要的特性流量特性進(jìn)行試驗(yàn)和研究。流量特性是指噴油器單次噴油量與噴油脈寬的關(guān)系曲線。此軟件的設(shè)計(jì)為這些數(shù)值的測(cè)量提供了很大的幫助。第二章 噴油器流量測(cè)試意義及設(shè)計(jì)2.1 噴油器流量特性測(cè)試的意
6、義現(xiàn)代電子控制技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)噴射系統(tǒng)中的應(yīng)用大大改善了發(fā)動(dòng)機(jī)性能。電控噴油器作為電控噴射系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵部件,其工作特性對(duì)汽油機(jī)與電噴系統(tǒng)的改善是一個(gè)關(guān)鍵部件,其工作特性對(duì)汽油機(jī)與電噴系統(tǒng)的匹配和燃油的計(jì)量精度都有很大的影響。在電噴發(fā)動(dòng)機(jī)的電控系統(tǒng)中,電控單元通過調(diào)節(jié)噴油器的噴油脈寬來控制噴油量,從而適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)各種工況的需要。噴油量的精確性將直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性,經(jīng)濟(jì)性及排放性等。因此,對(duì)噴油器噴油量的高精度和高效率測(cè)量是噴油器及發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)重要的質(zhì)量保證手段。由于每個(gè)循環(huán)的噴油量和在穩(wěn)定工況下的平均燃油流量很小,因此需要研制專門的噴油器參數(shù)測(cè)量控制儀。下面我以噴油脈寬的測(cè)量為例說明開發(fā)此系統(tǒng)
7、的必要性。噴油器的噴油脈寬由電控單元精確控制,以保證缸內(nèi)混和氣的空燃比符合發(fā)動(dòng)機(jī)各工況的要求。噴油器的流量和精度直接影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及排放等。在安裝噴油器之前,要對(duì)噴油器的流量特性進(jìn)行標(biāo)定,以檢查所選用的噴油器是否滿足流量和精度的要求。噴油器的流量特性,是指噴油器的實(shí)際噴油量隨噴油脈寬的變化規(guī)律,理想噴油器的開關(guān)是瞬時(shí)的,且在脈寬從零到最大的范圍內(nèi)都能獲得線性噴油量。而實(shí)際噴油器在噴射脈沖始點(diǎn)(或終點(diǎn))與噴油器針閥升起(或落座)之間有一定的滯后時(shí)間,因此噴油器的流量特性在較小與較大的脈寬段是非線性的。為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元能精確地控制噴油量,從而達(dá)到精確控制空燃比的目的,噴油器的脈
8、寬與其噴油量必須具有線性關(guān)系。在發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作噴油量范圍內(nèi),不僅要求流量特性具有較好的線性度,而且其低端也要好,以保證噴油器在低速、小負(fù)荷工況下工作穩(wěn)定,并有足夠的流量精度。為此我所設(shè)計(jì)的軟件就是用于此測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)試和控制部分,有上位機(jī)和下位機(jī)組成。下位機(jī)采集噴油器的各種參數(shù),上位機(jī)處理,同時(shí)上位機(jī)將各個(gè)控制參數(shù)下傳到下位機(jī)進(jìn)行控制噴油器各個(gè)參數(shù),對(duì)于汽油機(jī)噴油系統(tǒng)的優(yōu)化有很大作用,從而控制汽油機(jī)整體排放,動(dòng)力等指標(biāo),以達(dá)到現(xiàn)在國(guó)家的各種排放,動(dòng)力標(biāo)準(zhǔn)。2.2 噴油器特性參數(shù)測(cè)試方案設(shè)計(jì)電控噴油器參數(shù)測(cè)試是在專門的試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行,試驗(yàn)臺(tái)上配有一套電控測(cè)量系統(tǒng),能夠精確測(cè)量出流量等參數(shù),快速處理試
9、驗(yàn)數(shù)據(jù)。如圖3-1所示,噴油器流量檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)主要由燃料供給系統(tǒng)和電控系統(tǒng)組成。圖2-1燃油供給系統(tǒng)框圖圖2-1燃油供給系統(tǒng)框圖燃料供給系統(tǒng)主要由燃油箱、燃油泵、燃油濾清器、油壓脈動(dòng)阻尼器、燃油壓力調(diào)節(jié)器、燃油總管、噴油器等組成。燃油從燃油箱中被燃油泵吸出,先由燃油濾清器將雜志濾除后再通過輸油管送到各個(gè)噴油器。噴油器則根據(jù)ECU發(fā)出的指令,將燃油噴出。油壓調(diào)節(jié)器的作用是將噴油壓力控制在一定范圍內(nèi),將多余的燃油從調(diào)壓器經(jīng)回油管送回油箱。油壓脈動(dòng)阻尼器的作用是為了消除燃油泵泵油是或噴油器噴油時(shí)引起的油壓脈動(dòng),吸收管路中油壓波動(dòng)時(shí)的能量,提高噴油精度。一、燃油泵燃油泵的作用是向燃油系統(tǒng)提供足夠流量和規(guī)
10、定壓力的燃油,目前大多數(shù)EEI系統(tǒng)廣泛采用內(nèi)置式電動(dòng)燃油泵。電動(dòng)燃油泵主要由油泵、永磁電動(dòng)機(jī)、安全閥(卸壓閥)、單向閥和外殼等組成電動(dòng)機(jī)通電時(shí)即可帶動(dòng)泵體轉(zhuǎn)動(dòng),燃油經(jīng)濾網(wǎng)過濾從吸油口吸入,流經(jīng)電動(dòng)燃油泵內(nèi)部,壓開單向閥從出油口流出,向燃油系統(tǒng)供油。同時(shí),燃油流經(jīng)電動(dòng)燃油泵的內(nèi)部,可對(duì)永磁電動(dòng)機(jī)的電樞部分進(jìn)行冷卻,故此種燃油泵又稱為濕式燃油泵。單向閥的作用是在燃油泵停止工作時(shí)防止燃油倒流,并可保持管路殘余壓力,防止溫度高時(shí)油路產(chǎn)生氣阻現(xiàn)象,影響發(fā)動(dòng)機(jī)熱起動(dòng)性能。若噴油泵輸出壓力達(dá)到400以上時(shí),安全閥會(huì)自動(dòng)打開,高壓燃油流回至油泵的進(jìn)油室,并在油泵和電動(dòng)機(jī)內(nèi)循環(huán),避免由于油路堵塞、引起管路油壓過
11、高而造成管路破裂或燃油泵損壞。二、燃油壓力調(diào)節(jié)閥當(dāng)EFI系統(tǒng)工作時(shí),噴油器的燃油噴射量與噴油器的噴油壓力和噴油器的開啟時(shí)間有關(guān),因此必須對(duì)噴油壓力加以限制。否則,同樣的通電時(shí)間,噴油壓力高,則噴油多;噴油壓力低,則噴油量少。只有噴油壓力一定時(shí),才能使燃油噴射量與噴油器的開啟有關(guān)。噴油器的噴油壓力是指燃油總管絕對(duì)壓力與進(jìn)氣歧管壓力之差。燃油壓力調(diào)節(jié)器的作用是根據(jù)進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力的變化來調(diào)節(jié)系統(tǒng)油壓(燃油總管的絕對(duì)壓力),使噴油器的噴油壓力保持恒定,因此噴油器的燃油噴射量唯一取決于噴油器的開啟時(shí)間。ECU只須通過控制噴油器的開啟時(shí)間就可以精確控制噴油器的噴油量。三、電控噴油器電控噴油器的作用是根據(jù)
12、ECU發(fā)出的噴油脈沖信號(hào),精確計(jì)量燃油噴射量,并將燃油噴射后霧化,以形成混合氣。噴油器是一種加工精度非常高的精密儀器,對(duì)它的工作要求是:動(dòng)態(tài)流量范圍大,霧化性能好,抗堵塞能力強(qiáng)。峰值電流到達(dá)時(shí)間和單次噴油時(shí)間是控制噴油器工作的兩個(gè)重要參數(shù)。四、燃油壓力脈動(dòng)阻尼器當(dāng)電動(dòng)噴油泵泵油或噴油器噴油的時(shí),在燃油輸入管道內(nèi)會(huì)產(chǎn)生燃油壓力脈動(dòng),因此影響噴油器的噴油精度。通常采用燃油壓力脈動(dòng)阻尼器來減弱燃油總管中的壓力脈動(dòng)波,可有效提高噴油器的噴油精度及降低噪聲。五、C5051F單片機(jī)1、C8051F系列單片機(jī)是美國(guó)Silabs公司的產(chǎn)品,把80C51系列單片機(jī)從MCU(微控制器)時(shí)代推向SOC(片上系統(tǒng))時(shí)
13、代,使得以8051為內(nèi)核的單片機(jī)上了一個(gè)新的臺(tái)階。C8051F系列單片機(jī)與80C51系列單片機(jī)的主要相同點(diǎn)是指令系統(tǒng)完全一樣。主要進(jìn)步如下:指令運(yùn)行速度比一般的80C51系列單片機(jī)提高了大約10倍;I/O端口的配置由固定方式,轉(zhuǎn)變?yōu)檐浖O(shè)定方式;時(shí)鐘系統(tǒng)更加完善,有多個(gè)時(shí)鐘源,且時(shí)鐘振蕩器可編程等;可實(shí)現(xiàn)通過JTAG接口的在系統(tǒng)調(diào)試增加了模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊增加了SPI、和CAN等串行接口;有多種復(fù)位方式;進(jìn)一步降低了系統(tǒng)功耗。2、C8051F系列單片機(jī)的微控制器內(nèi)核稱為CIP-51,它是Intel公司標(biāo)準(zhǔn)8位8051單片機(jī)的組織結(jié)果和功能的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)和提高形成的。CIP-51內(nèi)核特點(diǎn):主要
14、功能部件及組成與8051相同;與MCS-51指令完全兼容;時(shí)鐘頻率為025MHz,執(zhí)行速度一般可達(dá)25兆指令/秒;增加了流水線結(jié)構(gòu),70指令的執(zhí)行時(shí)間安為1個(gè)或2個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期;模/數(shù)、數(shù)字外設(shè)有關(guān)的SFR移到核外,通過SFR接口與CPU交換信息;中斷系統(tǒng)擴(kuò)展為可處理22個(gè)中斷源;復(fù)位與時(shí)鐘電路不包括在核內(nèi);具有程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全管理功能。 由于整體的設(shè)計(jì)還處在測(cè)試階段,所以此設(shè)計(jì)采用的是8051作為本系統(tǒng)的測(cè)試,實(shí)驗(yàn)。第三章 噴油器流量特性分析及軟件整體設(shè)計(jì)概況3.1 噴油器流量特性分析電磁噴油器的流量特性是指噴油量與噴油脈沖(電磁線圈通電時(shí)間)的變化規(guī)律。通常,噴油器的流量特性可用靜態(tài)流量
15、和動(dòng)態(tài)流量來表示。如圖42所示:圖3-1 噴油器流量特性圖3-1 噴油器流量特性:靜態(tài)流量,是指電磁噴油器在規(guī)定壓力下,使針閥保持在最大升程位置時(shí),在單位時(shí)間內(nèi)的燃油噴射量();:動(dòng)態(tài)流量,一個(gè)噴油脈沖寬度的燃油噴射量();理論上電磁噴油器的動(dòng)態(tài)理論與噴油脈寬之間呈線性關(guān)系,但是在實(shí)際的動(dòng)態(tài)噴射中,噴油器的脈沖信號(hào)和電磁線圈所產(chǎn)生的電磁力及針閥運(yùn)動(dòng)三者直接案有一定的滯后時(shí)間,造成噴油器的動(dòng)態(tài)理論特性圖中其較短的噴油脈寬(略小于開啟時(shí)間)或較長(zhǎng)的噴油脈寬(接近脈沖周期)區(qū)域內(nèi)的實(shí)際動(dòng)態(tài)理論特性呈非線性。3.2 噴油器測(cè)試系統(tǒng)控制參數(shù)分析 在整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)中,控制的參數(shù)有噴油脈寬時(shí)間,噴油間隔時(shí)間,
16、噴油脈寬增量時(shí)間,打開脈沖時(shí)間,維持脈沖時(shí)間1,維持脈沖時(shí)間2,維持脈沖時(shí)間3,測(cè)量點(diǎn)數(shù),每點(diǎn)噴油總次數(shù)。這9個(gè)控制參數(shù)均在10H參數(shù)輸入?yún)^(qū),對(duì)應(yīng)9個(gè)確定按鍵,可以對(duì)其參數(shù)的數(shù)值進(jìn)行調(diào)整和矯正。但每個(gè)參數(shù)都有其默認(rèn)值和對(duì)應(yīng)的參數(shù)范圍,例如噴油脈寬時(shí)間在系統(tǒng)初始化的時(shí)候,其默認(rèn)值為5毫秒,其輸入值的范圍為小于20毫秒。這9個(gè)參數(shù)的變化間接的控制系統(tǒng)噴油量的變化,從而控制汽油機(jī)的排放及動(dòng)力特性。3.3 設(shè)計(jì)軟件整體概述 (1)、設(shè)計(jì)整體噴油器特性參數(shù)測(cè)試方案。(2)、進(jìn)行噴油器特性分析。(3)、單片機(jī)與上位機(jī)(電腦)通訊協(xié)議的制訂。(4)、Labview與單片機(jī)通訊方式及實(shí)現(xiàn)。(5)、上位機(jī)參數(shù)配
17、置與顯示軟件設(shè)計(jì)。3.4 設(shè)計(jì)軟件整體概述 整個(gè)軟件分為上位機(jī)和下位機(jī),上位機(jī)的程序利用Labview進(jìn)行編寫,下位機(jī)主控芯片為MCS-51利用匯編進(jìn)行編寫。在上位機(jī)控制界面上一共有四個(gè)區(qū),10H區(qū)參數(shù)輸入?yún)^(qū),將上位機(jī)輸入的噴油器參數(shù)傳到下位機(jī)進(jìn)行控制噴油器的噴油特性。20H區(qū)功能命令區(qū),傳送噴油器要執(zhí)行的命令信號(hào)。30H噴油器流量數(shù)據(jù)上傳區(qū),接收各個(gè)噴油器位置噴出油的流量值,根據(jù)這些值將噴油量形象的顯示在界面上。40H區(qū)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳區(qū),實(shí)時(shí)顯示噴油器位置,噴油脈寬的值。下位機(jī)由于實(shí)驗(yàn)條件的限制,僅僅是通過51單片機(jī)模擬各個(gè)需要執(zhí)行的命令和需要上傳的參數(shù),并在P1口上實(shí)時(shí)的顯示,從而對(duì)軟件進(jìn)行
18、有效的測(cè)試。第三章 串口概述3.1 RS232串口概述串口是計(jì)算機(jī)上一種非常通用設(shè)備通信的協(xié)議。大多數(shù)計(jì)算機(jī)包含兩個(gè)基于RS232的串口。串口同時(shí)也是儀器儀表設(shè)備通用的通信協(xié)議;很多GPIB兼容的設(shè)備也帶有RS-232口。同時(shí),串口通信協(xié)議也可以用于獲取遠(yuǎn)程采集設(shè)備的數(shù)據(jù)。串口的接線如圖1所示圖3-1串口圖3-1串口針腳定義 符號(hào)1 載波檢測(cè) DCD2 接收數(shù)據(jù) RXD3 發(fā)送數(shù)據(jù) TXD4 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好 DTR5 信號(hào)地 SG6 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好 DSR7 請(qǐng)求發(fā)送 RTS8 清除發(fā)送 CTS9 振鈴提示 RI串口通信的概念非常簡(jiǎn)單,串口按位(bit)發(fā)送和接收字節(jié)。盡管比按字節(jié)(byte)的并
19、行通信慢,但是串口可以在使用一根線發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)用另一根線接收數(shù)據(jù)。它很簡(jiǎn)單并且能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。比如IEEE488定義并行通行狀態(tài)時(shí),規(guī)定設(shè)備線總常不得超過20米,并且任意兩個(gè)設(shè)備間的長(zhǎng)度不得超過2米;而對(duì)于串口而言,長(zhǎng)度可達(dá)1200米。典型地,串口用于ASCII碼字符的傳輸。通信使用3根線完成:(1)地線,(2)發(fā)送,(3)接收。由于串口通信是異步的,端口能夠在一根線上發(fā)送數(shù)據(jù)同時(shí)在另一根線上接收數(shù)據(jù)。其他線用于握手,但是不是必須的。串口通信最重要的參數(shù)是波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗(yàn)。對(duì)于兩個(gè)進(jìn)行通行的端口,這些參數(shù)必須匹配:a,波特率:這是一個(gè)衡量通信速度的參數(shù)。它表示每秒鐘傳送的
20、bit的個(gè)數(shù)。例如300波特表示每秒鐘發(fā)送300個(gè)bit。當(dāng)我們提到時(shí)鐘周期時(shí),我們就是指波特率例如如果協(xié)議需要4800波特率,那么時(shí)鐘是4800Hz。這意味著串口通信在數(shù)據(jù)線上的采樣率為4800Hz。通常電話線的波特率為14400,28800和36600。波特率可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這些值,但是波特率和距離成反比。高波特率常常用于放置的很近的儀器間的通信,典型的例子就是GPIB設(shè)備的通信。b,數(shù)據(jù)位:這是衡量通信中實(shí)際數(shù)據(jù)位的參數(shù)。當(dāng)計(jì)算機(jī)發(fā)送一個(gè)信息包,實(shí)際的數(shù)據(jù)不會(huì)是8位的,標(biāo)準(zhǔn)的值是5、7和8位。如何設(shè)置取決于你想傳送的信息。比如,標(biāo)準(zhǔn)的ASCII碼是0127(7位)。擴(kuò)展的ASCII碼是025
21、5(8位)。如果數(shù)據(jù)使用簡(jiǎn)單的文本(標(biāo)準(zhǔn) ASCII碼),那么每個(gè)數(shù)據(jù)包使用7位數(shù)據(jù)。每個(gè)包是指一個(gè)字節(jié),包括開始/停止位,數(shù)據(jù)位和奇偶校驗(yàn)位。由于實(shí)際數(shù)據(jù)位取決于通信協(xié)議的選取,術(shù)語(yǔ)“包”指任何通信的情況。c,停止位:用于表示單個(gè)包的最后一位。典型的值為1,1.5和2位。由于數(shù)據(jù)是在傳輸線上定時(shí)的,并且每一個(gè)設(shè)備有其自己的時(shí)鐘,很可能在通信中兩臺(tái)設(shè)備間出現(xiàn)了小小的不同步。因此停止位不僅僅是表示傳輸?shù)慕Y(jié)束,并且提供計(jì)算機(jī)校正時(shí)鐘同步的機(jī)會(huì)。適用于停止位的位數(shù)越多,不同時(shí)鐘同步的容忍程度越大,但是數(shù)據(jù)傳輸率同時(shí)也越慢。d,奇偶校驗(yàn)位:在串口通信中一種簡(jiǎn)單的檢錯(cuò)方式。有四種檢錯(cuò)方式:偶、奇、高和低
22、。當(dāng)然沒有校驗(yàn)位也是可以的。對(duì)于偶和奇校驗(yàn)的情況,串口會(huì)設(shè)置校驗(yàn)位(數(shù)據(jù)位后面的一位),用一個(gè)值確保傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有偶個(gè)或者奇?zhèn)€邏輯高位。例如,如果數(shù)據(jù)是011,那么對(duì)于偶校驗(yàn),校驗(yàn)位為0,保證邏輯高的位數(shù)是偶數(shù)個(gè)。如果是奇校驗(yàn),校驗(yàn)位位1,這樣就有3個(gè)邏輯高位。高位和低位不真正的檢查數(shù)據(jù),簡(jiǎn)單置位邏輯高或者邏輯低校驗(yàn)。這樣使得接收設(shè)備能夠知道一個(gè)位的狀態(tài),有機(jī)會(huì)判斷是否有噪聲干擾了通信或者是否傳輸和接收數(shù)據(jù)是否不同步。RS-232(ANSI/EIA-232標(biāo)準(zhǔn))是IBM-PC及其兼容機(jī)上的串行連接標(biāo)準(zhǔn)??捎糜谠S多用途,比如連接鼠標(biāo)、打印機(jī)或者M(jìn)odem,同時(shí)也可以接工業(yè)儀器儀表。用于驅(qū)動(dòng)和連線的
23、改進(jìn),實(shí)際應(yīng)用中RS-232的傳輸長(zhǎng)度或者速度常常超過標(biāo)準(zhǔn)的值。RS-232只限于PC串口和設(shè)備間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信。RS-232串口通信最遠(yuǎn)距離是50英尺。3.2單片機(jī)串口概述MCS-5有兩個(gè)獨(dú)立的接收、發(fā)送緩沖器SBUF(屬于特殊功能寄存器),一個(gè)用作發(fā)送,一個(gè)用作接收。發(fā)送緩沖器只能讀出;接收緩沖器只能讀出但不能寫入,兩者公用一個(gè)字節(jié)地址(99H)。SBUF是兩個(gè)在物理上獨(dú)立的接收,發(fā)送緩沖器,可同時(shí)發(fā)送,接收數(shù)據(jù)。兩個(gè)緩沖區(qū)只用一個(gè)字節(jié)地址99H,可通過指令對(duì)SBUF的讀寫來區(qū)別接收緩沖區(qū)的操作還是對(duì)發(fā)送緩沖區(qū)的操作,CPU寫SBUF,就是修改發(fā)送緩沖器;讀SBUF,就是讀接收緩沖器。串行口
24、對(duì)外也有兩條獨(dú)立的收發(fā)信號(hào)線RXD(P3.0),TXD(P3.1),因此可以同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)全雙工。串行口控制寄存器SCON用來控制串口的工作狀態(tài),它可以是位尋址。在復(fù)位時(shí)所有位被清零,字地址為98H,其格式如表2所示:表2-1 串口工作寄存器各位的定義位地址9F9E9D9C9B9A9998位符號(hào)SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISM0,SM1:串行口工作方式選擇位SM2:多機(jī)通信控制位REN:允許接收位TB8:發(fā)送數(shù)據(jù)位RB8:接收數(shù)據(jù)位TI:發(fā)送中斷標(biāo)志位RI: 接收中斷標(biāo)志位 根據(jù)SM0,SM1的選擇,設(shè)置串行口的工作方式,方式0為同步移位寄存器方式,其波特率為固定的,
25、為fosc(振蕩頻率)的1/12。方式1時(shí),串口的被設(shè)置為波特率可變的8位異步通信接口。方式2時(shí),串口被定義為9位異步通信接口,帶奇偶校驗(yàn)位。方式3時(shí),串口被定義為9位異步通信方式,波特率的設(shè)置為可變波特率,帶奇偶校驗(yàn)位。電源控制寄存器PCON主要是為CHMOS型單片機(jī)的電源控制設(shè)置的專用寄存器,單元地址為87H,其格式如表3所示表2-2 電源控制寄存器各位定義位序D7D6D5D4D3D2D1D0位符號(hào)SMOD/GF1GF0PDIDL其中,PCON低4位是CHMOS單片機(jī)掉電方式控制位,在HMOS單片機(jī)中,該寄存器中除最高位之外,其它位都是虛設(shè)的,最高位SMOD是串口波特率的倍增位,在單片機(jī)的
26、工作方式1,方式2,方式3時(shí),當(dāng)SMOD=1時(shí),串口波特率提高一倍,若SMOD=0,則波特率不加倍。系統(tǒng)復(fù)位時(shí)SMOD=0。PCON的其它各位應(yīng)用于MCS-51的電源控制。3.3 Labview軟件概述LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境,由美國(guó)國(guó)家儀器(NI)公司研制開發(fā)的,類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境,但是LabVIEW與其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的顯著區(qū)別是:其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言都是采用基于文本的語(yǔ)言產(chǎn)生代碼,而LabVIEW使用的是圖形化編輯語(yǔ)言G編寫程序,產(chǎn)生的程序是框圖的形式。與C和BASIC一樣,LabVIEW也是通用的編程系統(tǒng),有一個(gè)完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫(kù)。LabVIEW的函數(shù)庫(kù)包括數(shù)據(jù)采集、
27、GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲(chǔ),等等。LabVIEW也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具,如設(shè)置斷點(diǎn)、以動(dòng)畫方式顯示數(shù)據(jù)及其子程序(子VI)的結(jié)果、單步執(zhí)行等等,便于程序的調(diào)試。LabVIEW(Laboratory Virtual instrument Engineering Workbench)是一種圖形化的編程語(yǔ)言的開發(fā)環(huán)境,它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受,視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。LabVIEW集成了與滿足GPIB、VXI、RS-232和RS-485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。它還內(nèi)置了便于應(yīng)用TCP/IP、ActiveX等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫(kù)函數(shù)。這是一個(gè)
28、功能強(qiáng)大且靈活的軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器,其圖形化的界面使得編程及使用過程都生動(dòng)有趣。圖形化的程序語(yǔ)言,又稱為“”語(yǔ)言。使用這種語(yǔ)言編程時(shí),基本上不寫程序代碼,取而代之的是流程圖或框圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語(yǔ)、圖標(biāo)和概念,因此,LabVIEW是一個(gè)面向最終用戶的工具。它可以增強(qiáng)你構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力,提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進(jìn)行原理研究、設(shè)計(jì)、測(cè)試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時(shí),可以大大提高工作效率。利用LabVIEW,可產(chǎn)生獨(dú)立運(yùn)行的可執(zhí)行文件,它是一個(gè)真正的位編譯器。像許多重要的軟件一樣,LabVIEW提供了Windows、
29、UNIX、Linux、Macintosh的多種版本。利用Labview強(qiáng)大的編程能力,其中的VISA串口模塊能夠非常方便的實(shí)現(xiàn)對(duì)串口的控制,從而使電腦與單片機(jī)通訊及其方便,有效。3.4 Labview中串口模塊概述目前,串口通信程序的開發(fā),在Windows操作系統(tǒng)下一般用VB、VC、Delphi等編寫。當(dāng)用VB、VC開發(fā)串行通信程序時(shí),開發(fā)人員不得不面對(duì)非常繁瑣的API函數(shù)編程;而Delphi沒有自帶的串口通信控件,在它的幫助文檔里也沒有提及串口通信,這也給編程人員帶來許多不便??梢姡蒙鲜鋈N文本語(yǔ)言編串口通信程序較為復(fù)雜,花費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)。筆者試圖找到一種實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)的串口通信更為簡(jiǎn)捷
30、的方法:利用LabVIEW進(jìn)行開發(fā)。由于Labview具有實(shí)用性和開放性,采用VISA(Virtual Instrument Software Architecture)接口模塊來進(jìn)行編程。VISA是應(yīng)用于儀器編程的標(biāo)準(zhǔn)I0應(yīng)用程序接口,是工業(yè)界通用的儀器驅(qū)動(dòng)器標(biāo)準(zhǔn)API(應(yīng)用程序接口),采用面向?qū)ο缶幊?,具有很好的兼容性、擴(kuò)展性和獨(dú)立性。用戶可以用一個(gè)API控制包括VXI、GPIB及串口儀器在內(nèi)的不同種類的儀器。它還支持多平臺(tái)工作、多接口控制,是一個(gè)多類型的函數(shù)庫(kù),例如筆者編寫的VISA接口程序,當(dāng)外部設(shè)備變更時(shí),只需要更換幾個(gè)程序模塊即可,很方便而且開發(fā)效率高??傊?,使用VISA方便用戶在
31、不同的平臺(tái),對(duì)不同類型的設(shè)備進(jìn)行開發(fā)、移植及升級(jí)測(cè)控系統(tǒng)。下面對(duì)Labview中VISA函數(shù)幾個(gè)基本模塊做個(gè)簡(jiǎn)單的介紹:1:VISA串口初始化模塊如下圖所示:圖3-2 VISA串口初始化模塊圖3-2 VISA串口初始化模塊功能:對(duì)串口的設(shè)置進(jìn)行初始化輸入的端口及功能VISA資源名稱:用于確定通訊端口是COM口還是LPT1口,由于單片機(jī)端用的是COM口,所以我選用的是COM口和單片機(jī)通訊。波特率:即傳輸速率的設(shè)置,兩端均設(shè)置為2400bit/s。數(shù)據(jù)比特:即輸入數(shù)據(jù)的位數(shù),其值介于5和8之間,由于下位機(jī)傳送的是8位數(shù)據(jù),所以上位機(jī)選擇默認(rèn)值為8。奇偶標(biāo)志位:指定要傳輸或接收的每一幀所使用的奇偶標(biāo)
32、志,每個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)是何種校驗(yàn),由于單片機(jī)一端為偶校驗(yàn),所以選用的是值為2,對(duì)應(yīng)的為偶校驗(yàn)。停止位:用于表示幀結(jié)束的停止位的數(shù)量。選用的數(shù)值為10,對(duì)應(yīng)的是1個(gè)停止位。輸出的端口及功能VISA資源名稱的輸出:用于返回此函數(shù)利用的VISA資源名稱。錯(cuò)誤輸出:輸出此程序運(yùn)行的錯(cuò)誤信息。2:VISA數(shù)據(jù)寫入模塊如下圖所示:圖3-3 VISA數(shù)據(jù)寫入模塊圖3-3 VISA數(shù)據(jù)寫入模塊功能:將寫入緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)寫入VISA資源名稱指定的設(shè)備或接口中。輸入端口及功能VISA資源名稱:指定要打開的資源名稱。寫入緩沖區(qū):寫入要寫入下位機(jī)的數(shù)據(jù)。錯(cuò)誤輸入:表明VI或函數(shù)運(yùn)行前發(fā)生的錯(cuò)誤。輸出端口及功能VISA資源名稱
33、的輸出:用于返回此函數(shù)利用的VISA資源名稱。返回?cái)?shù):返回實(shí)際寫入的字節(jié)數(shù)。錯(cuò)誤輸出:輸出此程序運(yùn)行的錯(cuò)誤信息。3:VISA讀取模塊如下圖所示圖3-4 VISA讀取模塊圖3-4 VISA讀取模塊功能:讀取緩沖區(qū)指定數(shù)目的數(shù)據(jù)輸入端口及功能VISA資源名稱:指定要打開的資源名稱。字節(jié)總數(shù):要讀取緩沖區(qū)字節(jié)的總數(shù)。錯(cuò)誤輸入:表明VI或函數(shù)運(yùn)行前發(fā)生的錯(cuò)誤。輸出端口及功能VISA資源名稱的輸出:用于返回此函數(shù)利用的VISA資源名稱。讀取緩沖區(qū):讀取下位機(jī)傳到緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)。錯(cuò)誤輸出:輸出此程序運(yùn)行的錯(cuò)誤信息4:VISA關(guān)閉模塊如下圖所示:圖3-5 VISA讀取模塊圖3-5 VISA讀取模塊功能:關(guān)閉V
34、ISA資源名稱指定的設(shè)備會(huì)話句柄或事件對(duì)象。輸入端口及功能VISA資源名稱:指定要打開的資源名稱。錯(cuò)誤輸入:表明VI或函數(shù)運(yùn)行前發(fā)生的錯(cuò)誤。輸出端口及功能錯(cuò)誤輸出:輸出此程序運(yùn)行的錯(cuò)誤信息在Labview中利用VISA進(jìn)行串口數(shù)據(jù)發(fā)送的基本流程為,首先VISA串口初始化模塊對(duì)串口進(jìn)行初始化,設(shè)置波特率,奇偶校驗(yàn)位等參數(shù)。其次調(diào)用串口發(fā)送或串口接收模塊進(jìn)行接收,發(fā)送數(shù)據(jù)。最后調(diào)用VISA串口關(guān)閉模塊,關(guān)閉串口。串口編程注意事項(xiàng):1:串口通訊的波特率設(shè)置要精確,比如要求9 600的波特率,則晶振應(yīng)選擇11059 3 MHz或其倍數(shù)。2:由于通常情況下LabVIEW 串口VI接收或發(fā)送的都是字符串(
35、Norma1),所以,如果需要發(fā)送或接收十六進(jìn)制數(shù)值,要在發(fā)送或接收之前進(jìn)行必要的轉(zhuǎn)換例如傳輸動(dòng)態(tài)產(chǎn)生和變化的數(shù)值型數(shù)據(jù)時(shí),在發(fā)送之前要先將這些數(shù)據(jù)構(gòu)成一個(gè)數(shù)組,用Byte Array To String進(jìn)行轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換的結(jié)果就是數(shù)組數(shù)值對(duì)應(yīng)16進(jìn)制的字符串,然后提交VISAWrite發(fā)送。第四章 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)4.1上位機(jī)整體流程圖設(shè)計(jì)流程圖說明:1:整體為2個(gè)順序模塊,第1個(gè)順序模塊為握手測(cè)試模塊,第2個(gè)順序模塊為do-while循環(huán)檢測(cè)4個(gè)模塊是否有確定按鈕按下,如果有執(zhí)行對(duì)應(yīng)的功能模塊,如果沒有繼續(xù)循環(huán)檢測(cè)。但在每個(gè)循環(huán)的過程中都進(jìn)行讀取命令執(zhí)行標(biāo)志字節(jié)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集模塊,從而進(jìn)行數(shù)據(jù)
36、的實(shí)時(shí)顯示。2:第1個(gè)模塊包含數(shù)據(jù)范圍判斷子VI,發(fā)送數(shù)據(jù)子VI,數(shù)據(jù)分離子VI,接收數(shù)據(jù)子VI,用于噴油參數(shù)的輸入。流程順序?yàn)榕袛喾秶?發(fā)送區(qū)號(hào)-發(fā)送參數(shù)名稱-發(fā)送分離的4個(gè)16進(jìn)制數(shù)據(jù)-接收結(jié)束信號(hào)3:第2個(gè)模塊包含數(shù)據(jù)接收子VI,數(shù)據(jù)發(fā)送子VI,為功能命令區(qū),用于調(diào)試。流程順序?yàn)閷⒁恍┬枰{(diào)試的參數(shù)通過局部變量進(jìn)行傳遞-判斷是否有按鈕按下-執(zhí)行對(duì)應(yīng)的按鈕的模塊-接收結(jié)束信號(hào)。若為非復(fù)位按鈕按下,將其他未按下的按鈕改變器屬性的值將其改為禁用狀態(tài)。4:第3個(gè)模塊包含數(shù)據(jù)發(fā)送子VI,數(shù)據(jù)接收子VI,為各個(gè)噴油器流量采集區(qū),用于采集各個(gè)各個(gè)噴油器的流量并在圖形上形象的顯示。流程順序?yàn)榘l(fā)送區(qū)號(hào)-接
37、收8個(gè)流量數(shù)據(jù)-接收結(jié)束標(biāo)志-通過擬合曲線求出無(wú)效噴油時(shí)間,靜態(tài)噴射率-在圖形上直觀的表示流量數(shù)據(jù)。5:第4個(gè)模塊為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)模塊,用于讀取命令運(yùn)行時(shí)的參數(shù)標(biāo)志,并實(shí)時(shí)的采集噴油器的位置,噴油脈寬實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。流程順序?yàn)榘l(fā)送區(qū)號(hào)-讀取命令運(yùn)行的參數(shù)標(biāo)志并判斷-若運(yùn)行結(jié)束,運(yùn)行按鈕改為啟用狀態(tài)-接收實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)-接收結(jié)束標(biāo)志。圖4-1 上位機(jī)軟件整體流程圖圖4-1 上位機(jī)軟件整體流程圖圖4-2 軟件界面4.2上位機(jī)軟件界面設(shè)計(jì)圖4-2 軟件界面 根據(jù)流程圖的思路,將界面分為3個(gè)區(qū),將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳區(qū)和命令參數(shù)控制區(qū)放置到一個(gè)區(qū),便于管理和整體界面的布局。 在10H區(qū)參數(shù)輸入?yún)^(qū)中,設(shè)置每個(gè)參數(shù)對(duì)應(yīng)的確定按鈕,
38、在未運(yùn)行的時(shí)候?yàn)榧t色,按下后顏色變?yōu)榫G色便于和其它按鈕識(shí)別。 在20H區(qū)命令控制區(qū),40H區(qū)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳區(qū)。自動(dòng)測(cè)量,單點(diǎn)測(cè)量,參數(shù)調(diào)試對(duì)應(yīng)的按鈕,每按下一個(gè),都將其余兩個(gè)禁用,當(dāng)對(duì)應(yīng)的程序運(yùn)行完畢后將其解禁。以便區(qū)分各個(gè)命令,防止運(yùn)行噴油器運(yùn)行的時(shí)候發(fā)生混亂。復(fù)位按鈕和其他的三個(gè)按鈕相互獨(dú)立,任何時(shí)候都可以將噴油器進(jìn)行復(fù)位處理。 在30H區(qū)噴油流量上傳區(qū),將傳感器采集到的8個(gè)位置的噴油量顯示到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)框內(nèi),并這組數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,以噴射時(shí)間為橫坐標(biāo),以噴射量為縱坐標(biāo),表示到坐標(biāo)圖上,再根據(jù)坐標(biāo)圖計(jì)算出無(wú)效噴射時(shí)間,靜態(tài)噴射率等參數(shù)。另外一個(gè)坐標(biāo)圖,以噴油位置為橫坐標(biāo),以噴油量為縱坐標(biāo),利用液柱
39、的方式形象的表示在界面上。4.3 Labview串口接收發(fā)送模塊設(shè)計(jì) 在發(fā)送和接收模塊中采用的雙向傳輸,雙向反饋。以上位機(jī)為主,無(wú)論是數(shù)據(jù)的發(fā)送還是傳輸都是以上位機(jī)為主,都是有上位機(jī)挑起發(fā)送的。發(fā)送數(shù)據(jù)成功后下位機(jī)向上位機(jī)反饋01H,不成功反饋0FH,數(shù)據(jù)重新發(fā)送。接收數(shù)據(jù)時(shí),上位機(jī)首先向下位機(jī)發(fā)送0FFH標(biāo)志字符,下位機(jī)接到標(biāo)志字符后,發(fā)送需要發(fā)送的數(shù)據(jù),上位機(jī)接收到后,經(jīng)過奇偶校驗(yàn),若正確向下位機(jī)發(fā)送01H,若錯(cuò)誤向下位機(jī)發(fā)送0FH,下位機(jī)重新發(fā)送。一、上位機(jī)發(fā)送模塊設(shè)計(jì)圖4-3 發(fā)送模塊流程圖圖4-3 發(fā)送模塊流程圖 在整個(gè)發(fā)送的流程中,除了用到基本的發(fā)送接收VISA函數(shù)之外,還用到了字
40、符串轉(zhuǎn)化為無(wú)符號(hào)字節(jié)數(shù)組函數(shù),其主要的功能是將從下位機(jī)讀取的字符串?dāng)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為10進(jìn)制數(shù)據(jù),進(jìn)行判斷下位機(jī)所反饋的數(shù)據(jù)是不是01,如果是說明數(shù)據(jù)為正確的,如果錯(cuò)誤重新發(fā)送。在整個(gè)流程中采用的是do-while循環(huán),直到數(shù)據(jù)發(fā)送正確。發(fā)送模塊的入口為一個(gè)字符串輸入框,此字符串的輸入框的屬性為16顯示,發(fā)送過程中發(fā)送的是16進(jìn)制數(shù),而不是字符串所對(duì)應(yīng)的ASCII碼值。發(fā)送VI的程序如圖6所示:圖4-4 數(shù)據(jù)發(fā)送子VI圖4-4 數(shù)據(jù)發(fā)送子VI圖4-5 上位機(jī)器接收模塊流程圖二、上位機(jī)接收模塊設(shè)計(jì)圖4-5 上位機(jī)器接收模塊流程圖整個(gè)程序流程為一個(gè)do-while循環(huán),如果接收錯(cuò)誤繼續(xù)接收,如果數(shù)據(jù)正確接
41、收跳出循環(huán)。在接收模塊中,下位機(jī)發(fā)送的是2個(gè)數(shù)據(jù),第一個(gè)數(shù)據(jù)為要所要接收的數(shù)據(jù),第二個(gè)數(shù)據(jù)為所要接收數(shù)據(jù)的奇偶標(biāo)志,Labview中無(wú)法像單片機(jī)那樣對(duì)串口的底層進(jìn)行操作,無(wú)法通過讀取通過單片機(jī)所發(fā)送的TB8數(shù)據(jù)位,即奇偶標(biāo)志位。所以下位機(jī)發(fā)送的第2個(gè)數(shù)據(jù)的最低位為數(shù)據(jù)的奇偶標(biāo)志位,上位機(jī)通過比較接收數(shù)據(jù)的奇偶標(biāo)志,進(jìn)行判斷數(shù)據(jù)是否正確,如果正確回發(fā)01H,如果錯(cuò)誤回發(fā)0FH,重新接收。圖4-6 接收數(shù)據(jù)子VI 接收數(shù)據(jù)的VI程序如圖8所示:圖4-6 接收數(shù)據(jù)子VI4.4軟件子VI模塊設(shè)計(jì) 在整體的軟件設(shè)計(jì)過程中,使用的模塊化的設(shè)計(jì)思路,將一些經(jīng)常用的模塊,設(shè)計(jì)成子VI,設(shè)計(jì)出口參數(shù)和入口參數(shù),
42、便于調(diào)用,從而使整體程序更加簡(jiǎn)潔易懂,增強(qiáng)了整體程序的可移植性,使程序更加可靠。 在整體的軟件設(shè)計(jì)中含有,發(fā)送子VI,接收子VI,奇偶標(biāo)志生成子VI,字符串轉(zhuǎn)化16進(jìn)制子VI,握手模塊子VI,數(shù)據(jù)范圍判讀子VI,數(shù)據(jù)四位分離子VI,下面將詳細(xì)的介紹各個(gè)模塊的功能和流程。3.4.1握手模塊設(shè)計(jì) 握手模塊的主要功能是檢查232通信線路是否正常。如果正常軟件界面上面的指示燈為亮,如果握手不才成功說明線路沒有連接通,或者軟件出錯(cuò),可以重新啟動(dòng)軟件和單片機(jī)進(jìn)行再試,如果依然連接不成功,請(qǐng)檢查單片機(jī)的硬件電路是否正常。 上位機(jī)發(fā)送010101信號(hào)給下位機(jī),如果下位機(jī)收到數(shù)據(jù)正確,反饋01H。表明線路正常可
43、以進(jìn)行通訊。如果下位機(jī)收到的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤,反饋0FH,表明線路不正常,彈出對(duì)話框,重啟軟件,檢查線路。在此個(gè)模塊中用到了顯示對(duì)話信息框函數(shù),如果反饋信號(hào)不正確,輸入布爾值,啟動(dòng)對(duì)話框,顯示對(duì)話框的內(nèi)容,點(diǎn)擊確定輸出布爾值,將輸出的布爾值連接到Labview停止函數(shù)上,軟件停止運(yùn)行。圖4-7 手模塊子VI流程圖下面為握手模塊子VI程序圖:圖4-7 手模塊子VI流程圖3.4.2數(shù)據(jù)范圍判斷模塊設(shè)計(jì)在10H參數(shù)輸入?yún)^(qū)共有9個(gè)參數(shù),依次為噴油脈寬時(shí)間,噴油間隔時(shí)間,噴油脈寬增量時(shí)間,打開脈沖時(shí)間,維持脈沖時(shí)間1,維持脈沖時(shí)間2,維持脈沖時(shí)間3,測(cè)量點(diǎn)數(shù),每次噴油總數(shù)。這9個(gè)參數(shù)對(duì)應(yīng)的都有自己的范圍,此模塊
44、的目的就是判斷所輸入的數(shù)據(jù)是否在其范圍內(nèi),若不在范圍內(nèi),顯示出對(duì)話框讓其重新輸入,如果再次輸入錯(cuò)誤,軟件程序停止。重新檢查所要發(fā)送的數(shù)據(jù)。此子模塊的數(shù)據(jù)入口是,確定按鈕的布爾值,輸入的數(shù)據(jù),此參數(shù)所對(duì)應(yīng)的范圍的值。數(shù)據(jù)的出口為經(jīng)過數(shù)據(jù)范圍判斷后的數(shù)據(jù)值,以及所輸入的數(shù)據(jù)的是否符合范圍的布爾值,以便判斷數(shù)據(jù)是否需要重新循環(huán)輸入。此模塊的流程為,首先比較輸入的數(shù)據(jù)和此參數(shù)的范圍數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,若數(shù)據(jù)小于參數(shù)范圍數(shù)據(jù),則將其輸出,如果數(shù)據(jù)大于參數(shù)的范圍數(shù)據(jù),顯示對(duì)話框信息,重新輸入,輸入后再次進(jìn)行比較,如果正確將其輸出,如果錯(cuò)誤,此軟件停止。提示用戶檢查你所輸入的數(shù)據(jù)之后重新啟動(dòng)軟件。此模塊通過控制所
45、要輸入數(shù)據(jù)的范圍,控制噴油器的各個(gè)參數(shù)范圍,另一方面也保護(hù)了噴油器,以防數(shù)據(jù)過大而造成噴油器的損壞。圖4-8 數(shù)據(jù)范圍判斷子VI下面為數(shù)據(jù)范圍判斷模塊子VI的程序圖:圖4-8 數(shù)據(jù)范圍判斷子VI3.4.3數(shù)據(jù)四位分離模塊設(shè)計(jì) 在10H區(qū)輸入的最大數(shù)值為四位數(shù),需將每個(gè)數(shù)據(jù)的四位分離成對(duì)應(yīng)的四個(gè)16進(jìn)制數(shù)據(jù),便于傳輸和存儲(chǔ)。例如:一個(gè)十進(jìn)制數(shù)據(jù)2009,經(jīng)過此模塊后分離成02H,00H,00H,09H,分別進(jìn)行傳送和存儲(chǔ)。 整個(gè)模塊的流程為:首先將10進(jìn)制的數(shù)據(jù)的每一位進(jìn)行分離,數(shù)據(jù)除以1000得商為千位的數(shù)據(jù),余數(shù)除以100商為百位數(shù)據(jù),余數(shù)除以10商為十位數(shù)據(jù),余數(shù)為個(gè)位數(shù)據(jù)。然后將各個(gè)數(shù)據(jù)
46、轉(zhuǎn)化為16進(jìn)制的字符串。最后調(diào)用16進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化模塊將其轉(zhuǎn)化為16進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送。 在整個(gè)流程中值得注意的是16進(jìn)制字符串轉(zhuǎn)化為16進(jìn)制數(shù)據(jù)。此過程是由于在發(fā)送的過程中,若發(fā)送的字符串下位機(jī)接收的到的是對(duì)應(yīng)的ASCII碼值,而不是16進(jìn)制數(shù)據(jù),傳送就會(huì)出錯(cuò)。所以必須經(jīng)過轉(zhuǎn)化才能傳送,這樣才能保證數(shù)據(jù)的正確性。 此模塊中所包含的字符串轉(zhuǎn)化為16進(jìn)制數(shù)據(jù)的模塊,在下一節(jié)中再做詳細(xì)的說明和解釋。此子VI的數(shù)據(jù)入口為1個(gè)十進(jìn)制數(shù)據(jù),出口為一個(gè)含有4個(gè)元素的16進(jìn)制數(shù)的數(shù)組。在引用是需注意數(shù)據(jù)的格式。圖4-9 數(shù)據(jù)四位分離模塊下面為數(shù)據(jù)分離模塊子VI的程序圖11:圖4-9 數(shù)據(jù)四位分離模塊3.4.4數(shù)據(jù)
47、奇偶標(biāo)志生成模塊設(shè)計(jì) 由在Labview中無(wú)法讀取底層數(shù)據(jù),既發(fā)送的數(shù)據(jù)的奇偶標(biāo)志位TB8,上位機(jī)無(wú)法讀取,所以下位機(jī)發(fā)送的時(shí)候,發(fā)送的是2個(gè)數(shù)據(jù),第一個(gè)數(shù)據(jù)為所要發(fā)送的數(shù)據(jù),第二個(gè)數(shù)據(jù)為含有奇偶標(biāo)志的數(shù)據(jù),此奇偶標(biāo)志放在數(shù)據(jù)的第0位。上位機(jī)接收到數(shù)據(jù)后利用奇偶標(biāo)志生成模塊,生成第一個(gè)數(shù)據(jù)的奇偶標(biāo)志,然后通過對(duì)比第二個(gè)數(shù)據(jù)的最后一位進(jìn)行對(duì)比,若相等此數(shù)據(jù)奇偶校驗(yàn)正確,若不等此數(shù)據(jù)奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤。 通過以上的奇偶校驗(yàn)可以有效的判斷接收到的數(shù)據(jù)是否正確,若錯(cuò)誤向下位機(jī)發(fā)送錯(cuò)誤信號(hào),讓下位機(jī)重新發(fā)送數(shù)據(jù)。若正確發(fā)送子程序結(jié)束。 發(fā)送接收模塊采用的是偶校驗(yàn),即此數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)據(jù)后,1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)時(shí),
48、奇偶標(biāo)志為0,1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)時(shí),奇偶標(biāo)志為1。根據(jù)這個(gè)定義將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)據(jù),然后將二進(jìn)制數(shù)的各位累加,判斷累加和是偶數(shù)還是奇數(shù),若是偶數(shù)返回0,若是奇數(shù)返回1。 此模塊用到了10進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為布爾數(shù)組函數(shù),即將一個(gè)10進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為一個(gè)布爾值形式的二進(jìn)制數(shù)組。另外一個(gè)是布爾值轉(zhuǎn)化為0,1值函數(shù),即將布爾值轉(zhuǎn)化為10進(jìn)制數(shù)據(jù)0或1便于計(jì)算。此模塊的的入口為一個(gè)10進(jìn)制數(shù)據(jù),出口為一個(gè)含有奇偶標(biāo)志的10進(jìn)制數(shù)據(jù)。圖4-10 奇偶標(biāo)志生成模塊下圖12為奇偶標(biāo)志生成模塊子VI程序圖:圖4-10 奇偶標(biāo)志生成模塊3.4.5字符串轉(zhuǎn)16進(jìn)制數(shù)據(jù)模塊設(shè)計(jì)在字符串輸入模塊中,字符顯示的屬性一共有四個(gè)選項(xiàng)分別
49、為正常顯示,/代碼顯示,密碼顯示,16進(jìn)制顯示。一個(gè)10進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為一個(gè)16進(jìn)制數(shù)據(jù)需要經(jīng)過兩個(gè)流程,分別為10進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為16進(jìn)制字符串,16進(jìn)制字符串轉(zhuǎn)化為16進(jìn)制數(shù)據(jù),僅僅有16進(jìn)制數(shù)據(jù)可以準(zhǔn)確的發(fā)送。所以需要此轉(zhuǎn)化過程。此模塊所用到的函數(shù)有部分字符串輸出函數(shù),功能為返回部分字符串便于方便處理,選擇函數(shù),功能為通過一個(gè)布爾值控制輸出那個(gè)數(shù)據(jù),若為真返回t所對(duì)應(yīng)的值,若為假返回s對(duì)應(yīng)的值。字符串長(zhǎng)度函數(shù),功能為返回一個(gè)字符串的長(zhǎng)度,入口為一個(gè)字符串,出口為字符串的長(zhǎng)度數(shù)據(jù)。16進(jìn)制字符串轉(zhuǎn)化為10進(jìn)制數(shù)據(jù)函數(shù),功能為將一個(gè)16進(jìn)制字符串轉(zhuǎn)化為一個(gè)10進(jìn)制數(shù)據(jù)。此模塊的入口為16進(jìn)制的字符
50、串,出口為16進(jìn)制數(shù)據(jù)。圖4-11 字符串轉(zhuǎn)化為16進(jìn)制數(shù)據(jù)下圖13為字符串轉(zhuǎn)化為16進(jìn)制數(shù)模塊圖4-11 字符串轉(zhuǎn)化為16進(jìn)制數(shù)據(jù)第五章 下位機(jī)MSC-51單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)圖5-1下位機(jī)流程圖5.1下位機(jī)整體流程圖設(shè)計(jì)圖5-1下位機(jī)流程圖 下位機(jī)采用循環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行判斷所接收的區(qū)號(hào),若正確,執(zhí)行相應(yīng)區(qū)號(hào)所對(duì)應(yīng)的子程序,若不正確,跳出繼續(xù)接收判斷。由于條件的限制,此程序?qū)⑺獔?zhí)行的程序指令,用P1口輸出,并用流水燈顯示出來,便于上位機(jī)的調(diào)試和測(cè)試。 在10H參數(shù)輸入?yún)^(qū),此模塊接收5個(gè)數(shù)據(jù),第1個(gè)為參數(shù)號(hào),后四個(gè)為分離后的四個(gè)數(shù)據(jù)。5個(gè)數(shù)據(jù)依次存入7BH-7FH。然后調(diào)用參數(shù)處理子程序,將幾個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行
51、讀取和處理。最后向上位機(jī)發(fā)送11H,表明此模塊單片機(jī)的處理過程結(jié)束。 在20H命令參數(shù)區(qū),一共要執(zhí)行4個(gè)指令,分別為單點(diǎn)測(cè)量指令,自動(dòng)測(cè)量指令,參數(shù)調(diào)試指令,復(fù)位指令,單片機(jī)每執(zhí)行一條指令在P1口顯示對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù),便于調(diào)試。其中復(fù)位指令是和其他的3個(gè)按鍵是相互獨(dú)立的,隨時(shí)都可以進(jìn)行復(fù)位。但其它3個(gè)按鍵,當(dāng)按下其中一個(gè)按鍵的時(shí)候其它兩個(gè)按鍵為禁用狀態(tài),防止噴油器運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)混亂造成機(jī)器的損壞。當(dāng)子程序運(yùn)行結(jié)束后發(fā)送所對(duì)應(yīng)的結(jié)束指令,表明此模塊單片機(jī)的處理過程已經(jīng)結(jié)束。 在30H噴油器流量數(shù)據(jù)上傳區(qū),就是將所采集到的8個(gè)流量值按照順序依次發(fā)送,發(fā)送結(jié)束后向上位機(jī)發(fā)送子程序結(jié)束命令。對(duì)于數(shù)據(jù)處理等其它工作
52、都有上位機(jī)來處理。 在40H數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳區(qū),上傳的參數(shù)為噴油器實(shí)時(shí)流量值和噴油器的位置。由于此程序僅僅是為了測(cè)試上位機(jī)軟件所以噴油器實(shí)時(shí)流量值和噴油器的位置對(duì)應(yīng)的僅僅是個(gè)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行循環(huán)發(fā)送便于測(cè)試。 下位機(jī)整體軟件程序見附錄1。5.2下位機(jī)發(fā)送接收模塊設(shè)計(jì) 下位機(jī)的發(fā)送接收模塊與上位機(jī)的發(fā)送接收模塊相對(duì)應(yīng)。數(shù)據(jù)正確標(biāo)志為01H,數(shù)據(jù)錯(cuò)誤標(biāo)志為0FH,握手標(biāo)志為010101H。串口采用的是方式3,帶奇偶標(biāo)志,波特率為2400bit/s.一、下位機(jī)接收模塊設(shè)計(jì) 下位機(jī)接收模塊的流程為:首先將接收數(shù)據(jù)的寄存器R4,累加器A復(fù)位清零,等待接收結(jié)束標(biāo)志RI置位,表明數(shù)據(jù)接收完畢,然后對(duì)RI軟件清零。SB
53、UF中接收的數(shù)據(jù)放入累加器A,奇偶標(biāo)志位RB8賦給進(jìn)位標(biāo)志位C,累加器A中數(shù)據(jù)放入數(shù)據(jù)出口寄存器R4中。其次對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行奇偶校驗(yàn),判斷累加器的奇偶標(biāo)志位PSW.0位的狀態(tài)和從上位機(jī)發(fā)送下來的奇偶標(biāo)志位C的狀態(tài),是否相等,若不相等向上位機(jī)發(fā)送錯(cuò)誤標(biāo)志0FH,程序跳轉(zhuǎn)到子程序的開始,若相等向上位機(jī)發(fā)送01H,子程序結(jié)束,跳出子程序。 此模塊的數(shù)據(jù)出口為第一組寄存器中的R4,接收完畢后將數(shù)據(jù)放入此寄存器,便于調(diào)用和讀取。下圖為下位機(jī)接收模塊流程圖:圖5-2下位機(jī)接收模塊流程圖圖5-2下位機(jī)接收模塊流程圖 此模塊的子程序及詳細(xì)說明見附錄2。二、上位機(jī)發(fā)送模塊設(shè)計(jì) 由于上位機(jī)無(wú)法讀取TB8奇偶標(biāo)志的
54、原因,發(fā)送的數(shù)據(jù)為兩個(gè),后一個(gè)數(shù)據(jù)為含有奇偶標(biāo)志的數(shù)據(jù)。此模塊的大致流程為:首先接收上位機(jī)發(fā)送模塊開始標(biāo)志0FFH,接收到后發(fā)送模塊開始工作。累加器A復(fù)位清零,將所要發(fā)送的數(shù)據(jù)R5賦給A。累加器A的奇偶標(biāo)志位PSW.0賦給進(jìn)位標(biāo)志位C,再將進(jìn)位標(biāo)志位C賦給TB8進(jìn)行發(fā)送。等待發(fā)送結(jié)束標(biāo)志TI置位,表明發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束,然后軟件將TI清零。其次將累加器清零,R5的奇偶標(biāo)志C通過左移循環(huán)放入累加器的A的最低位。然后再對(duì)累加器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送。等待發(fā)送結(jié)束標(biāo)志TI置位,表明發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束,然后軟件將TI清零。最后等待接收中斷標(biāo)志位RI置位,表明接收數(shù)據(jù)結(jié)束,將接收的數(shù)據(jù)放入累加器A,奇偶標(biāo)志RB8賦給C,
55、然后判斷累加器A是否為01H,如果是接收子程序結(jié)束,如果否跳轉(zhuǎn)到子程序開頭,R5數(shù)據(jù)重新發(fā)送。下圖為下位機(jī)發(fā)送模塊流程圖:圖5-3下位機(jī)發(fā)送模塊流程圖圖5-3下位機(jī)發(fā)送模塊流程圖此模塊下位機(jī)發(fā)送模塊程序的詳細(xì)說明見附錄3。第五章 結(jié)論 此設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容為上位機(jī)Labview的設(shè)計(jì),由于學(xué)習(xí)時(shí)間比較短,在正個(gè)軟件的設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)中不免有些錯(cuò)誤和不當(dāng)之處,比如Labview程序流程為順序查詢的結(jié)構(gòu),這樣造成了軟件的響應(yīng)速度降低,對(duì)應(yīng)子模塊的執(zhí)行速度降低。若在軟件的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展會(huì)造成軟件更加復(fù)雜,響應(yīng)速度更加緩慢。這就是這個(gè)軟件的最大弊端,最好的解決方法為采用面向?qū)ο蟮氖录Y(jié)構(gòu),這樣會(huì)是這個(gè)軟件的擴(kuò)展
56、性大大的提高。在這個(gè)軟件設(shè)計(jì)中最大的提高就是熟悉了整個(gè)軟件的設(shè)計(jì)流程和思路,同時(shí)也明白了程序的編寫最重要的不是程序本身,而是之前的控制模型,物理模型的建立,流程圖的編寫,有這寫做為鋪墊,程序才會(huì)更加清晰易懂,程序的邏輯之美才會(huì)在此顯現(xiàn)!參考文獻(xiàn)1 楊樂平,李海濤,肖凱,等虛擬儀器技術(shù)概念M北京:電子 電子工業(yè)出版社,2005:78,822 雷振山LabVIEW 7 Express實(shí)用技術(shù)教程M北京:中國(guó)鐵工業(yè)出版社,2003:102105 3 楊樂平,李海濤,楊磊LabVIEW 程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用M北京: 道出版社,2004:1671704 張毅剛,等MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)M哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版
57、社,19975LabVIEW User ManualMUSA:National Instnunents Corpration19986 周龍保等內(nèi)燃機(jī)學(xué)M機(jī)械工業(yè)出版社,19997 關(guān)兵,錢耀義,于秀敏電控噴油器的標(biāo)定與試驗(yàn)J吉林工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1996(4):46568 李 剛,林凌LABVIEW 易學(xué)易用的計(jì)算機(jī)圖形化編程語(yǔ)言北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2001:961059 陳明,王穎,周偉基于LabVIEW 7 Express的串行口通信編程J現(xiàn)代電子技術(shù),2004(8):3435致 謝大學(xué)生活將伴隨著畢業(yè)論文的完成而結(jié)束。論文是我們的心血,我們是導(dǎo)師的心血。沒有導(dǎo)師就沒有現(xiàn)在出色的我
58、們,導(dǎo)師的教導(dǎo)和關(guān)懷陪伴我們走過了這段美好的時(shí)光,在這里,我要對(duì)我的導(dǎo)師楊老師衷心的說聲:老師辛苦了,謝謝您!楊老師知識(shí)淵博,經(jīng)驗(yàn)豐富,治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn),和藹可親而又不失嚴(yán)格。他把一個(gè)對(duì)電子世界充滿好奇、滿腔熱情的我?guī)肓诉@個(gè)廣闊的神奇的世界,使我盡情吸收知識(shí),迅速成長(zhǎng)為一個(gè)可以為社會(huì)做出貢獻(xiàn)的人。在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)中楊老師一直敦促我注重基礎(chǔ),剛開始不是很理解,到最后我才深刻理解基礎(chǔ)對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)的重要性。 “萬(wàn)里之行始于足下,千里之堤潰于蟻穴”在以后的日子里,我會(huì)用恩師的教導(dǎo)嚴(yán)格督促自己虛心學(xué)習(xí),踏實(shí)工作,不斷進(jìn)取。大學(xué)生活中,陪伴我的還有師兄弟們,感謝他們對(duì)我的幫助和鼓勵(lì)。衷心感謝李欣欣、宋孝忠、閔俊杰、
59、劉二會(huì),希望他們前程錦繡,健康快樂!限于作者的水平和其他一些因素,文中難免有疏漏和不妥之處,敬請(qǐng)各位專家、學(xué)者和老師給予批評(píng)指正,以求在以后的工作中做出進(jìn)一步的改進(jìn)和提高。附 錄下位機(jī)整體程序及說明此程序用于測(cè)試上位機(jī)的功能和錯(cuò)誤! R4接收的出口,R5發(fā)送的入口。ORG 0000HLJMP MAIN;主程序入口ZCC EQU 28HDCC EQU 29HCTC EQU 30H ;標(biāo)志位設(shè)置MAIN:MOV TMOD,#20H;將定時(shí)器0,1均為方式2 MOV TH1,#0F4H MOV TL1,#0F4H;定時(shí)器1的設(shè)置,2400bit/s的波特率 MOV SCON,#0D0H;串口為方式3
60、,帶奇偶校驗(yàn)位 MOV PCON,#00H SETB EA SETB TR1;串口初始化程序 MOV 25H,#07H MOV 58H,#00H MOV 59H,#20H MOV 5AH,#40H MOV 5BH,#60H MOV 5CH,#80H MOV 5DH,#0A0H MOV 5EH,#0C0H MOV 5FH,#0E0H;流量的默認(rèn)值賦值 LCALL WOSHOU;調(diào)用握手模塊,檢查通信線路QHJS:LCALL JIESHOU;調(diào)用接收模塊接收區(qū)號(hào) MOV A,R4 L1:CJNE A,#10H,L2 LCALL MK1 L2:CJNE A,#20H,L3 LCALL MK2 L3:
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