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单片机控制的智能供热监控系统.doc

单片机控制的智能供热监控系统

何万闲
2018-09-23 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《单片机控制的智能供热监控系统doc》,可适用于领域

单片机控制的智能供热监控系统长春工业大学摘要本系统介绍了由单片机控制的智能供热监控系统。采用ATMC系列单片机作为CPU设置AD温度传感器、压差传感器、涡轮流量计等传感器元件对供回水、补水、供热蒸汽的温度、压力检测对回水、补水的流量检测通过测量电路、AD转换后把数据传送到CPUCUP根据已经设置好的温度范围进行比较判断并发回命令调整供回水的压力以及流量最终达到自动控制温度的目的这对于保证供热品质和节省能源都有着非常重要的意义。此外本系统还安装了键盘显示以及打印机方便了数据的读取、切换和统计使管理层对供热过程和供热品质有最直观的了解。本设计应用前景广阔可应用于城市或者小区的集中供热方便快捷节约能源而且安全可靠。关键词:智能控制集中供热监控信号采集长春工业大学SinglechipIntelligentHeatingControlSystemAbstractThispaperpresentthegeneraldesignandcontrolconceptionofanintelligentheatingcontrolsystemindetailATMcasthecentralintelligentunitinthissystem,whichcontrolsthetemperatureofeachwaterpipingway’sinoroutandsurroundingthepressureoftheoutfilternets,thevolumeofofferheatcyclewaterandsoonThetemperatureischangedbythepressureandvolume’schange,sousingthissystemfirstcanmakesureconsumer’stemperatureisnotenough,anotherhanditalsocanresourcesThesystemalsohasthekeyboard,displayunitandtypewriter,whichcangiveanobviousunderstandingtoworkersThissystemwoulddevelopandapplyexpansive,wecanapplyittothecentralheatingofacommunityIthasthemerits储器编程时该引脚还用于编程脉冲(PROG非)。PSEN非:程序存储器允许输出是片外程序存储器的读选信号当ATC由外部程序存储器指令(或数据)时每个机器周期个PSEN非有效即输出个脉冲。在此期间当访问片外数据存储器时这次有效的PSEN非信号不出现。EA非Vpp:外部访问允许。当CPU仅访问片外程序存储器时(地址为HFFFFH)EA非端必须得保持低电平(接地)。需要注意的是:当加密位LBI被编程时复位后单片机会内部锁存EA非端状态。若EA非端为高电平(接Vcc时)CPU执行内部程序存储器中的指令。当Flash存储器编程时该引脚加上V的编程允许电源Vpp。当然前提是该器件使用V的编程电压Vpp。时钟振荡器:ATC单片机内部有一个用于构成内部振荡器的高增益反向放大器引脚XTAL和XTAL分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷振荡器一起构成自激振荡器振荡电路如图。外接石英晶体(或陶瓷振荡器)及电容C、C在防地器的反馈贿赂中构成并联振荡电路虽然对电容C、C并没有十分严格的要求但电容容量的大小会轻微的长春工业大学影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性。若使用石英晶体则电容容量最好为PF,PF而若使用陶瓷振荡器则电容容量最好是PF,PF。用户也可以采用外部时钟方式其电路如下图所示。在这种时钟脉冲接到XTAL端即内部时钟发生器的输入端XTAL管脚则悬空。石英晶体:CC=pFpF陶瓷谐振器:CC=pFpF空闲节电模式:ATC有两种可用软件编程的节电模式它们是空闲模式和接电模式。这两种方式是控制专用寄存器PCON(即电源中指寄存器)中的PD(PCON)和IDL(PCON)位来实现的。PD是掉电模式当PD=时激活掉电工作模式单片机进入掉电工作状态。IDL是空闲等待方式当IDL=时激活空闲工作模式单片机进入睡眠状态。若要同时进入两种工作模式即PD和IDL同时为,则先激活掉电模式。在空闲工作模式状态CPU保持睡眠状态而所有片内的外设保持激活状态这种方式由软件产生。此时片内RAM和所有特殊功能寄存器的内容保持不变。空闲模式可由任何允许的中断请求或者硬件复位终止。终止空闲工作模式的方法有两种:其一是任何一条被允许的中断的事件被激活IDL被硬件清除即可中断空闲工作模式程序会先响应中断进入中断服务程序执行完中断服务程序并紧随RETI指令后下一条要执行的程序就是使单片机进入空闲模式指令后面的那一条。其二是通过硬件复位也可将空闲工作模式终止。需要注意的是当有硬件复位来重置空闲工作模式时CPU通常是从激活空闲模式那条指令的下一条指令开始继续执行程序的要完成内部复位操作硬件复位脉冲要保持两个机器周期有效在这种情况下内部禁止CPU访问片内RAM而允许访问其它端口为了避免可能对端口产生意外写入即或空闲模式的那条指令后一条指令不应是一条对端口或外部存储器的写长春工业大学入命令。掉电模式:在掉电模式下振荡器停止工作进入掉电模式的指令是后一条被执行的指令片内RAM和特殊功能寄存器SFR的内容在终止掉电模式前被冻结。推出掉电模式的唯一方法是硬件复位复位后将重新定义全部特殊功能寄存器但不是RAM中的内容在RAM恢复到正常电平前复位是无效的并且必须保持一定时间使振荡器重新启动并稳定工作。程序存储器的加密:ATC可使用对芯片上的个加密位LB,LB,LB进行编程(P)或不编程(U)来得到如下表琐事的功能程序加密保护类型LBLBLBUUU没有程序保护功能PUU禁止从外部程序存储器中执行MOVC指令读取内部程序存储器的内容PPP除上表功能外还禁止程序校验PPP除以上功能外同时禁止外部执行注:表中的U表示未编辑P表示编辑当加密位LB被编程时在复位期间EA非端的逻辑电平被采样并保存如果单片机上电后一直没有复位则所存储的初值是一个随机数并且这个随机数会一直到真正复位为止为单片机能正常工作被锁存的EA非电平值必须与该引脚当前的逻辑电平一致。此外加密的位只能通过整片的方式擦除。Flash闪速存储器的编程:ATC单片机内部有K字节的Flash的EPROM这个Flash阵列出厂时已经处于擦除状态(即所有存储单元的内容均为FFH)用户随时可对其编程。编程接口可接受高电压(V)或者低电压(Vcc)的允许编程信号低电压变成模式适合于用户在线编程系统而高电压变成模式可与通用EPROM编程器兼容。ATC单片机中有些属于低电压编程方式而有些则是高电压编程方式用户可从芯片上的型号读取芯片内的字节获得该信息。长春工业大学V=VV=VPPPPATCATC芯片顶面标识XXXXXXXXYYWWYYWW(H)=EH(H)=EH签名字节(H)=H(H)=H(H)=FFH(H)=HATC的存储器阵列是采用字节写入方式编程的每次写入一个字节要对整个芯片EPROM程序存储器写入一个非空字节必须用片擦除的方式将整个存储器的内容清除。编程前须按设置好地址数据及控制信号编程单元的地址加在P口和P口的P~P(位地址范围为H~~FFFH)数据P口输入引脚P、P和P,P的电平设置见上表PSEN非端低电平RST保持高电平EA非Vpp引脚是编程电源的输入端按要求加上编程电源ALEPROG引脚输入编程脉冲(负脉冲)。编程时可采用MHZ的时钟振荡器。ATC编程方法如下:在地址线上加上要编程单元的地址信号在数据线上加上要写入的数据字节激活相应的控制信号在高电压编程方式时将EA非Vpp端加上V编程电压每对Flash存储阵列写入一个字节或每写入一个程序加密位加上一个ALEPROG编程结束。每个字节写入周期是自身定时的通常约为ms。数据查询:ATC单片机用数据查询方式来检测一个写周期是否结束在一个写周期中如需要读取最后写入的哪个字节则读出的数据的最高位(P)是原来写入字节最高码的反码写周期完成后可在任意时刻进行数据查询。ReadyBusy:字节编程的进度可通过“RDYBSY”输出信号监测编程期间ALE变成高电平“H”后P(RDYBSY)端电平被拉低表示正在编程状态(忙状态)。编程结束后P变为高电平准备就绪状态。程序校验:如果加密位LB,LB没有进行编程则代码数据可通过地址和数据线长春工业大学读回原编写的数据用下图的电路程序存储器的地址由P口和P口的PP输入数据由P口读出P、P、P和,P的控制信号见表。PSEN非端保持低电平ALE,EA非和RST保持高电平检验时P口必须接上K左右的上拉电阻。Flash存储器编程真值表方式RSTALEVPPPPPSENPROGEAPP写代码数据HLHVLHHH读代码数据HLHHLLHH写BitHLHVHHHH加BitHLHVHHLL密BitHLHVHLHL片檫除HLHVHLLL读签名字节HLHHLLLL编程电路:长春工业大学校验电路:芯片擦除:利用控制信号的正确组合并保持ALEPROG引脚ms的低电平脉冲宽度即可将EPROM阵列(K字节)和个加密位整片擦除代码阵列在片擦除操作中将任何非空单元写如“”这个步骤需要在编程之前进行。读片内签名字节:ATC单片机片内有个签名字节地址为hh和h。用于声明该器件的厂商型号和编码电压。读签名字节的过程和单元hh和h校验相仿只须将P,P保持低电平返回值意义如下:(H)EH声明产品由ATMEL公司制造。(H)H声明为ATC单片机(H)FFH声明v编程电压(H)声明为v编程电压编程接口:符号参数最小值最大值单位(t)V编程电压VPP(t)I编程电流mAPPt时钟频率MHZclclt建立地址到PROGtAVGLclcltPROG变低后地址保存不变tGHAXclclt建立数据到PROG变低tDVGLclcltPROG变低后数据保持不变tGHOXclcl长春工业大学tENABLE变高到VtEHSHPPclclt加V到PROGμsSHGLPP(t)tPROG后保持VμsGHSLPPtPROG宽度μsGLGHt地址到数据有效tAVOVclcltENABLE低到数据有效tELOVclcltENABLE后数据浮空tEHOZclcltPROG变到BUSY变低μsGHBLt字节写入周期MsWC采用控制信号的正确组合可对Flash闪速存储阵列中的每一代码字进行写入和存储器的整片擦除写操作周期是自身定时的初始化后他将自动定时到操作完成。ATC的极限参数:工作温度to储藏温度to任一引脚对地电压VtoV最高工作电压V直流输出电流mA温度检测在本设计中要完成供回水、补水、供热蒸汽和室外大气温度的检测。温度传感器AD的特性和结构温度传感器AD是美国AD公司用PN结正向电流和温度的关系制成的电流输出型两端温度传感器。并且在中国也生产出了同型的SG温度传感器产品。AD在被测温度一定时相当于一个恒流源。该器件具有良好的线性和互换性测量精度高并具有消除电源波动的特性。即使电源型温度传感器通过对电流的测量可得到所需要的温度值。根据特性分档AD的后缀如图所示以I、J、K、L、M表示。ADLADM一般用于精密温度测量电路其电路外形如下图所示它采用金属壳脚封装其中脚为电源正端V脚为电流输出端Io脚为管壳一般不用。集成温长春工业大学度传感器的电路符号如图所示。AD的外形电路图和集成温度传感器电路符号AD的主特性参数如下:工作电压:,V工作温度:,,保存温度:,,正向电压:V反向电压:,V焊接温度(秒):灵敏度:μA,K。AD的工作原理:在被测温度一定时AD相当于一个恒流源把它和V的直流电源相连并在输出端串接一个kΩ的恒值电阻那么此电阻上流过的电流将和被测温度成正比此时电阻两端将会有mV,K的电压信号。其基本电路如下图所示。长春工业大学感温部分的核心电路上图是利用ΔU特性的集成PN结传感器的感温部分核心电路。其中T、T起BE恒流作用可用于使左右两支路的集电极电流I和I相等T、T是感温用的晶体管两个管的材质和工艺完全相同但T实质上是由n个晶体管并联而成因而其结面积是T的n倍。T和T的发射结电压U和U经反极性串联后加在电阻RBEBE上所以R上端电压为ΔU。因此电流I为:BEI,ΔU,R,(KT,q)(lnn),RBE对于ADn,这样电路的总电流将与热力学温度T成正比将此电流引至负载电阻R上便可得到与T成正比的输出电压。由于利用了恒流特性所以L输出信号不受电源电压和导线电阻的影响。图中的电阻R是在硅板上形成的薄膜电阻该电阻已用激光修正了其电阻值因而在基准温度下可得到μA,K的I值。上图所示是AD的内部电路图中的T,T相当于图中的T、T而TT相当于图中的T、T。R、R是薄膜工艺制成的低温度系数电阻供出厂前调整之用。T、TT为对称的Wilson电路用来提高阻抗。T、T和T为启动电路其中T为恒定偏置二极管。T可用来防止电源反接时损坏电路同时也可使左右两支路对称。RR为发射极反馈电阻可用于进一步提高阻抗。T,T是为热效应而设计的连接方式。而C和R则可用来防止寄生振荡。该电路的设计使得TTT三者的发射极电流相等并同为整个电路总电流I的,。T和T的发射结面积比为:T和T的发射结面积相等。T和T的发射结电压互相反极性串联后加在电阻R和R上因此可以写出:ΔU,(R,R)I,BE长春工业大学R上只有T的发射极电流而R上除了来自T的发射极电流外还有来自T的发射极电流所以R上的压降是R的,。根据上式不难看出要想改变ΔU可以在调整R后再调整R而增大R的BE效果和减小R是一样的其结果都会使ΔU减小不过改变R对ΔU的影响更BEBE为显著因为它前面的系数较大。实际上就是利用激光修正R以进行粗调修正R以实现细调最终使其在之下使总电流I达到μA,K。AD转换在本设计中的AD转换采用MAX。MAX的主要特点MAX是MAXIM公司年推出的一种低功耗、可进行温度补偿并带有采样保持功能的多通道位串行模数转换器。它内置基准电压源、时钟电路和温度传感器具有个模拟输入通道可实现输入通道扫描、输出数据平均和自动关断功能此外该芯片还具有一个高速的串行接口。与其它的模数转换器相比MAX具有较多的功能且工作方式灵活多样可应用于系统监视、数据采集、病人监护、工业控制和仪器制造等多种领域。MAX的主要特点如下:所有输入通道均可按单端或差分方式进行配置单端方式下可配置为个通道差分方式下可配置为个通道转换速率可达kSPS此时的功耗仅为mW在整个温度范围内不会丢码精度为LSB、NL和LSBDNL采用单电源V供电内部具有V的基准电压和时钟电路也可使用外部差分基准或外部时钟输入具有MHz可兼容SPQSPMICROWRE的接口工作温度范围为且内部带有精度为的温度传感器同时可进行温度补偿。长春工业大学,,,,,,,的内部结构MAX的内部结构如上图所示它由跟踪,保持放大器(TH)、位逐次逼近型ADC、控制逻辑、内部时钟、串行接口、先入先出寄存器(FIFO)、内部基准电压源和温度传感器等组成。MAX的引脚排列图MAX的引脚排列MAX有脚QSOP和脚QFN两种封装形式其引脚排列如上图所示。各引脚的功能如下:AINAIN:模拟量输入REF:使用外部差分基准源时的负输入与A复用长春工业大学CNVST:“转换开始”信号输入低电平有效与A复用REF:基准电压源的正输入该脚和地之间要加μF的电容GND:接地脚VDD:电源输入电压范围为V它和地之间应加μF的电容SCLK:串行时钟输入用作采样和转换使用外部时钟时其频率范围为MHzMHz当其作为读写串行数据的时钟频率时可达到MHz占空比范围为CS:片选端低电平有效DIN:串行数据输入输入的串行数据在SCLK的上升沿被锁存。通过SCLK、CS、DIN三根信号线可组成与SPQSPMICROWRE相兼容的串行输入接口DOUT:串行数据输出它与SCLK的下降沿同步。当CS为高电平时DOUT为高阻态EOC:“转换结束”标志输出当它变为低电平时表明转换结束输出数据有效。MAX的工作过程转换参数的配置MAX的工作方式由其内部的控制寄存器决定这些寄存器主要有转换方式寄存器、工作方式寄存器、均值方式寄存器和复位寄存器等。工作时首先要对这些寄存器进行正确配置配置参数可通过MAX的串行口写入。在进行配置时CS置为低电平配置参数从DIN引脚输入并在串行时钟SCLK的上升沿被锁存此过。下表所列是这几个寄存器的参数定义。下面是对程中SCLK的频率不能高于MHz它们的具体说明。MAX主要寄存器的参数定义寄存器名BITBITBITBITBITBITBITBIT称转换方式CHSELCHSELCHSELCHSELSCANSCANTEMP工作方式CKSELCKSELREFSELREFSELDIFFSELDIFFSEL均值方式AVGONNAVGNAVGNSCANNSCAN复位RESETXXX长春工业大学()在转换方式寄存器中BIT为标志位BITBIT用以选择输入通道分别对应着AINAIN的各个输入BIT和BIT用以确定输入通道的扫描方式BIT是温度测量方式位该位为时只进行次温度测量并在第一次的转换数据中输出。()工作方式寄存器中BIT和BIT为标志位BIT和BIT用于选择时钟的使用方式可确定具体使用内部时钟还是外部时钟BIT和BIT用于选择是用内部还是外部的基准源BIT和BIT的值用于在差分输入方式下决定选择是单极性工作模式还是双极性工作模式当这两位的值为和时对应的寄存器不作修改当其为时系统将修改单极性模式寄存器而当为时修改双极性模式寄存器。实际上在配置了工作方式寄存器后也就对单,双极性模式寄存器进行了配置。()在均值方式寄存器中BITBIT是标志位BIT是均值功能控制位该位写入时开启均值功能写入时关闭BIT和BIT用于定义计算均值时所需的数据个数BIT和BIT用于设置对某一通道扫描时返回结果的个数。()复位寄存器中的BITBIT为标志位BIT是复位操作控制位该位写入时仅复位内部FIF写入时复位所有的寄存器至默认状态BITBIT为保留位一般不影响操作。转换过程的控制MAX与C的连接按照采样和转换过程中时钟工作方式的不同MAX的工作方式分为四种可根据情况灵活选择。转换的结果有位高位在前并以“”为前导形成两个字节从DOUT引脚输出同时与串行时钟SCLK的下降沿同步。这四种工作方式如下:长春工业大学()采样和转换都使用内部时钟并用CONVST信号进行初始化其时序如下图所示。工作时CONVST需要产生一个宽度大于,,的低电平来对采样和转换进行初始化。转换结束后信号EOC变成低电平表示转换结果有效可以从DOUT引脚读出数据。在EOC信号产生前CONVST信号不能出现低电平否则会引起内部FIFO操作的错误。()采样使用外部时钟而转换使用内部时钟并用CONVST信号进行初始化。此种模式下的读写操作和第一种类似区别是当需要进行均值运算时该方式还需要再产生一个CONVST信号来初始化均值运算。()采样和转换都使用内部时钟并通过串行口写入命令字来进行初始化该模式的时序如下图所示。写入命令字后转换开始转换完成时EOC信号变为低电平数据可以从DOUT读取。这种方式是芯片上电后默认的工作方式。()采样和转换都使用外部时钟并通过串行口写入命令字来进行初始化。该方式与第三种方式的区别是采样和转换都使用外部时钟此时外部时钟的频率不能超过MHz。在这种方式下结果在转换的过程中就可读取信号EOC始终为高电平此种方式下输入通道扫描和输出数据均值等功能都不可用。长春工业大学流量检测在本设计中采用LWGY涡轮流量传感器完成供水、补水的流量检测。涡轮流量计由于压差式流量计精度太低而容积式又价格昂贵在世纪年代出现了涡轮流量计其精度介于两者之间约为。涡轮流量计由涡轮、永久磁铁、支撑、感应线圈、导流器、壳体等部分组成。涡轮的轴装在导管的中心线上流体轴向流过涡轮时推动叶片使涡轮转动其转速近似正比与流量Q。涡轮流量计的工作原理涡轮流量计的转速输出由于轴在管道里面不便直接引出都采用非接触的电磁感应方式图中所表示的是一种根据磁阻变化产生脉冲的输出方式。在不导磁的管壳外放着一个套有感应线圈的永久磁铁因为涡轮叶片是导磁材料制成的故涡轮旋转时每片叶片经过磁铁下面时都改变磁路的磁阻使通过线圈的磁通量发生变化感应输出点脉冲。这样脉冲信号很易远传而且积算总量特别方便只需配用电子脉冲计数器即可。若需指示瞬时流量可使用单元组合仪表中的频率电流转换单元。为保证流体沿轴向推动涡轮涡轮前后都装有导流器把进出的流体方向导直以免流体的自旋改变与叶片的作用角影响流量精度。尽管这样在安装时仍要注意在流量计前后必须有一定的直管段。一般规定入口直段的长度应为管道直径的倍以上出口直段长度为管道直径的倍以上。涡轮流量计检测原理和方法检测原理被测流体流经涡轮流量传感器时传感器内的叶轮借助于流体的动能而产生旋转周期性的改变磁电感应转换系统中的阻值使通过线圈的磁通量周期性的发生变化而产生电脉冲信号。在一定的流量范围下叶轮转速与流体流量成正比即电脉冲量与流量成正比。该脉冲信号经放大器放大后送至二次仪表进行流量和总量的显示或积算。长春工业大学在集中供热系统中须对循环水流量进行计量。本系统选用LEGY型涡轮流量传感器。该传感器精度高可靠性好成本低。在测量范围内传感器输出的脉冲总数与流过传感器的体积总量成正比其比值称为仪表常数以K(次L)表示。每台传感器的仪表系数(K值)出厂时有制造厂给定经过实际标定测得仪表常数值。当除以仪表常数K便可求得瞬时流量Q(LS)。即:测出脉冲信号的频率fQ=fKK=fQ或K=NU式中:f流体信号频率(Hz)Q体积流量(mh或Lh)N脉冲数U流体总量(m或L)在各种测量系统中根据K值便可以计算出瞬时的流量和体积总量。LWGY涡轮流量计的主要技术参数如下:测量范围:mh最大工作电压:Pma介质温度:环境温度:传输距离:传感器至显示仪表的距离可达m防爆等级:dIIBT前置放大器的工作电源:V检测方法用单片机测量频率的方法很多有直接测频法测周期法和高精度变闸门测频法。本设计采用直接测频法用T定时ms在中断服务程序中计数次就是秒间隔。让T工作在计数方式配合T的秒定时当秒到时T的计数值即为所测频率值。涡轮流量计采用瞬时计时方式(设定时标门采集信号脉冲数)。对涡轮流量计输出脉冲进行计数。电路中光耦器件是为了防干扰和拉低涡轮流量计输出脉冲低电平幅度而设计的。LS为单稳器件用来滤除脉冲上升沿的干扰信号。单片机的最高计数频率为振荡频率的当所用晶振为MHz时最高计数频长春工业大学率为kHz而传感器输出频率范围是HzHz完全满足频率测量要求。压力检测SBP压力变送器应用了硅精蚀工艺和硅晶片叠合技术两项世界尖端技术是一种高质量带隔离膜片的新型小巧压力变送器。它是引进美国NOVA公司先进的扩散硅压力传感器和ICSensors电路技术组装开发而成的荣获年北京市高新技术产品称号。几年来广泛使用在石油、化工、冶金、能源、环保、轻工、制药等行业中经受了市场严格的选择、其优越的性能和特点牢靠的质量和服务、深受用户喜爱。特点:极高性能价格比抗浪涌电压过范围保护精度,、,、,年稳定性,反馈性保护全天候结构年度补偿抗射频干扰直接过程安装一体化接线盒现场指示本安隔暴过程腐蚀保护零点正负迁移极高性能价格比:性能高于或相当于传统的高质量变送器价格却便宜一倍。温度补偿:用来进行温度补偿的电阻环路制作于混合陶瓷基片隔离式敏感组件在温度补偿范围内提供了最小温度误差。过程腐蚀保护:不锈钢隔离技术方便接触兼容的腐蚀性液体和气体。全天候结构:变送器外壳为全密封结构在壳罩上喷涂具有耐磨耐久的环境和露天情况下工作。直接过程安装:扩散硅传感器技术使得变送器体积小、质量轻、安装在过程管道上、并得以支持、与需安基座、支架的变送器相比、大大减少了安装和维护费用。过范围保护:可承受三倍与测量范围上限的过载压力、以保护变送器免遭冲击过载损害。抗浪涌电压:变送器装有功率齐纳二极管以抑制浪涌电压。抗射频干扰:变送器装有滤波器以抗射频干扰。反极性保护:变送器有极性保护装置无需担心极性反接损坏变送器。长春工业大学工作原理不锈钢膜片感知过程压力、通过硅油传输到硅膜片的一侧同时参考压力(大气压、密封压、绝压)作用与膜片的另一侧压力差产生一个应力厂。它使硅膜片一侧压缩另一侧拉伸。分别处于压缩区的两个应变电阻和拉伸区两个应变电阻感受压力变化引起阻值变化。这四个电阻组成惠斯登电桥在恒流源供电情况下将压力信号转化为电信号。此信号经差分归一化放大器、功率放大器、电压电流转换变成为与压力成线形对应关系的mA标准输出信号。技术性能被测介质:与不锈钢兼容的液体、气体。电源电压:V、二线制。测量范围:kPaMpaMpa–Mpa过压极限:每一量程档中额定压力的倍。输出:mA带负载能力:R=×(u)(Ω)、U为电源电压精度:,Fs,,Fs,,Fs(包括线形、重复性回差)稳定性:,Fs,年量程迁移比::零点正迁移:量程额定压力的零点负迁移:迁移绝对值为量程的额定压力值量程零点调节:可外部连续调整频率响应:S启动时间:S不需预热温度影响:在温度变化造成最大误差,Fs,年电源电压影响:,Fs,V射频干扰:MHZ、加速度为g的振动其全部影响小于,Fs,过范围影响:承受倍额定压力恢复后全部影响小于,Fs,工作温度:工作湿度:,相对湿度寿命:冲击压力循环次绝缘阻值:耐压d情况下min无击穿闪落现象防护等级:IP长春工业大学防爆:经中华人民共和国“国家仪器仪表防暴安全监督检验站(NEPSI)”认定符合国标:GB、GB防爆标志:iaIICT产品质量认定:经北京市自动化智能化仪器仪表产品质量监督站认定、符合中华人民共和国计量JJG标准物理性能:结构材料:外壳锌铝合金(含镁量低于,)外壳喷涂环氧树脂漆被测介质接触件材料:过程连接件:不锈钢GrNiTi或PVC隔离膜片:不锈钢或陶瓷电容密封O型环:丁蜻橡胶电气接口:M×电缆孔径为Φ工艺接口:M×或NPT螺纹连接(可根据用户要求提供)重量:KG尺寸:××语音报警系统本设计要求具有温度、压力越限报警系统。由于ISD系列产品具有语音自然、使用方便、单片存储、反复录放、低功耗等许多特点所以在本设计中采用了ISDISD的主要特点如下:单片的语音录放时间为ss高质量、自然的语音还原技术有边沿电平触发种放音方式自动进入节电模式维持电流μA不耗电信息保存年(典型)可连续也可分段录放音可分段片内已有调整好的时钟也可选用外部时钟无需开发系统长春工业大学V单电源工作次录音周期(典型值)ISD系列产品基本外部元件包括:麦克风、扬声器、开关和少数电阻、电容再加上电源或电池这样就构成了一个完整的语音录放系统。内部功能块包括内部时钟、前置放大器、滤波器、自动增益控制器(AGC)、功率放大器、控制逻辑和模拟存储器等。型号时间输入采样频率地址分段数信息分辨率外部时钟频率kHzskHzmsISD的性能对照表ISD的引脚电源(VcaVccd)地线(VssaVssd)录音(REC)话筒输入(MIC)边沿触发放音(PLAYE)话筒参考(MICREF)PLAYL电平触发放音()地址(AA)RECLED录音指示()喇叭输出(SPSP)自动增益控制(AGC)外部时钟(XCLK)模拟输出(AnaOut)模拟输入(AnaIn)长春工业大学寻址方法ISD器件的寻址方法包括对器件内部信息段的直接寻址和操作模式的寻址。通过地址线AA可实现对器件存储空间分段的能力同时可选择器件的操作模式。当A、A均为时选择器件的种操作模式(见下表)这两位只要有一位是即为信息酸的直接寻址模式。地址输入是正逻辑可以用二进制或十六进制表示。模式地址功能典型应用可组合使用的模式ACH信息检索快速检索信息AADH删除EOM在最后一条信息的结A、A束处放置EOMACH循环放音从地址循环放音AADH连续寻址录放连续的多段信息A、A操作模式简表ISD系列各种器件有不同的存储空间分段能力寻址方式基本相似。ISD系列寻址个信息地址中的某一个时实际上是给控制器件内部称为信息起点指示器(MSP)的寄存器赋值。MSP表示存储信息的地址值MSP指示下一个录音或放音的起始点地址值并不能表示还剩下多少存储空间。通常地址输入端在片选端或启动操作时被预先加载到MSP。下表给出ISD的部分信息地址与存储时间的对应关系。十进制二进制值ISDs值AAAAAAAA长春工业大学ISD信息地址与存储时间对应的关系硬件结构与上位机的通讯为了与上位机(主机)进行通讯实现远程管理在本系统中加入通讯才用了RS。电气特性RS标准规定了差分平衡的电气接口它采用平衡驱动和差分接收的方法。这相当于两个单端驱动器输入同一个信号时其中一个驱动器的输出永远是另一个驱动器的反相信号。于是两条线上传输的信号电平当一个表示逻辑“”时另一条一定为逻辑“”。当干扰信号作为共模信号出现时接收器接收差分输入电压只要接收器有足够的抗共模电压工作范围就能识别两个信号并正确接收传输的信息。因此RS能在长距离、高速率下传输数据。它的最大传输率为Mbits在此速长春工业大学率下电缆允许长度为m如果采用较低传输速率时最大距离可达m。RS电路由发送器、平衡连接电缆、电缆终端负载、接收器四部分组成。在电路中规定只允许有一个发送器可有多个接收器因此通常采用点对点通讯方式。该标准允许驱动器输出为,,,接收器可以检测的输入信号电平可低到vvmA。电平转换TTL电平转换成RS电平常用芯片有SN、SN、MC、AMLS、AMLS、UA等。器件特性为:最大电缆长度km最大数传率为Mbits,,,无负载输出电压V加负载输出电压V断电下输出阻抗kΩ短路输出电流mA。RS电平转换成TTL电平的常用芯片有:SN、SN、MC、AMLS、,AMLS、UAD等。器件特性为:输入阻抗kΩ阈值为VV最大输入电压为V。在本设计中采用了SN、SN作为驱动器和接收器。下图分别给出了其内部结构、引脚图和功能表。SN功能表(每个驱动器)SN功能表(每个接收器)长春工业大学输入使能输出输入使能输出AAYZYZHHHLHHHLLHLHLHLHXL三态三态XL三态三态SN、SN分别是具三态输出的单片四差分驱动器和接收器其设计符合EIA标准RS规范采用V电源供电功能上可分别与C、MC互换。TTL电平与RS电平转换电路如下图所示。键盘显示键盘显示采用专用键盘显示器接口芯片实现键盘显示器接口的引脚说明它有个引脚采用双列直插式封装。长春工业大学的引脚图D,D:双向数据总线用于在CPU和之间传送命令、数据和状态。CLK:时钟输入线用语产生内部定时。RESET:复位输入线。该引脚输入一个高电平将复位复位后置为下列方式:位显示左边输入编码扫描键盘双键封锁时钟系数为。:片选信号。低电平有效。A:缓冲器地址输入线。高电平时数据线上传送的时命令或状态信息。低电平时数据线上传送的时数据信息。:读有效输入线。低电平有效。读有效时内缓冲器数据读出送外部数据总线。:写有效输入线低电平有效。写有效时缓冲器接收到外部数据总线上的数据。IRQ:中断请求输出线高电平有效。在键盘工作方式中FIFO先进先出RAM中有键输入时IRQ上升为高电平向CPU请求中断。CPU每次读出FIFORAM中的数据时IRQ变为低电平若RAM中还有数据IRQ在读出后又返回高电平直至FIFO中的数据被读光IRQ才保持低电平。在传感器方式中每当检测到传感器信号变化时IRQ上升为高电平。SL,SL:扫描输出线用以对键盘传感器矩阵和显示器进行扫描。RL,RL:回送线。键盘传感器矩阵的行或列数据输入线。这些输入线内部又长春工业大学拉高电平使之保持为高电平。也可以由外部开关拉成低电平在选通工作方式中RL,RL可作为位数据输入线。SHIFT:换档输入线。在键扫描中和键的位置信息和换档输入线的状态一起存入FIFORAM中使键盘上的每一个键可定义为上下两档功能。SHIFT线内部也由上拉电路使之保持高电平也可以被外部开关拉成低电平。CNTLSTB:控制选通输入线。在键盘方式中作为控制输入线它的状态和键输入信息一起存储到FIFORAM中在选通输入方式中作为数据送入FIFORAM的选通输入线。CNTLSTB线内也由拉高电路使之保持高电平也可被外部开关拉成低电平。OUTA,OUTA:四位输入口。OUTB,OUTB:四位输入口。这两个断口是*显示器更新积存器的输入端输出的数据与扫描线上的信号同步用于多位显示器显示。这两个端口也可以合并位一个位的输出口OUTB,OUTB为低四位OUTA,OUTA为高四位。:显示消隐输出线低电平有效。该输出线在数字切换显示或使用熄灭命令时将显示熄灭。VCC:电源为V。VSS:接地。的工作方式)键盘的工作方式通过对键盘方式命令字的设置可置为双键互锁和N键巡回方式。双键互锁的方式下若有一个键被按下不管这些键时以什么次序按下的它只识别最后一个释放的键并把此键的值送入FIFORAM。N键巡回的这种方式下一次可以按下任意个键这些键均被识别并按键扫描的顺序把键值送入。)显示器的工作方式CPU将显示数据写入缓冲器时有左端送入和右端送入两种方式。左端送入为依次填入方式。右端送入为移位方式数据总是从最右端的显示缓冲器写入。每写入一个数字原来缓冲器内容左移一个字节。)传感器矩阵方式长春工业大学在这种方式下传感器的开关状态直接送到传感器RAM。CPU对传感器阵列扫描时如果检测到某个传感器状态发生变化则中断申请信号IRQ变为高电平。如果AI=则对传感器RAM的第一次读操作即清除IRQ如果等于则由中断结束命令清除IRQ。的控制命令系统通过对的控制命令来选择工作方式。键盘显示方式设置命令命令格式为DDKKK其中DDD全是零是此命令的特征位。DD是用来设定显示方式其定义如下:为个字符显示左端输入为个字符左端输入为个字符显示右端输入为个字符显示右端输入。左端输入是指显示位置从最左得一位开始以后输入得字符逐个向右顺序排列。右端输入得显示方向正好相反。KKK是用设定中键盘、显示工作方式其定义如下:为编码扫描键盘双键锁定。为译码扫描键盘双键锁定。为编码扫描键盘N键轮回。为译码扫描键盘N键轮回。为编码扫描传感器矩阵。为译码扫描传感器矩阵。为选通输入编码显示扫描。为选通输入译码显示扫描。在选择编码扫描时可外接*的键盘或传感器矩阵在选择译码扫描方式时只能接*得键盘或传感器矩阵在选择选通工作方式时CNTLSTB为选通脉冲输入端而RL~RL为信号输入端口。双键锁定与N键轮回是多键按下时的两种不同保护方式。双键锁定为两键同时按下提供得保护方式。在消抖周期里如果有两键同时被按下则只有一个弹起而另一个键保持在按下位置时才被认可。N键轮回为N键同时按下的保护方式。当有若干键按下时键盘扫描能够根据他们按下的顺序依次将它们得状态送入FIFORAM中。时钟编程命令命令格式为PPPPP。其中是该命令的特征位PPPPP用来设定对外部输入CLK端的时钟进行分频的分频数N用于产生一个KHZ得内部时钟N取值为,。读FIFO传感器RAM命令命令格式为:AI–AAA。其中是该命令的特征位。AI位自动加标志。AI=时每次读出后地址自动加指向下一个地址。AAA位FIFO传感器RAM的地址。在键扫描方式及选通输入方式时AAA为RAM地址。当AI=时CPU对地址为AAA长春工业大学的单元读数读完后地址不变。当AI=时CPU对地址为AAA的单元读数读完后地址自动加。读显示器RAM命令格式为AIAAAA其中是该命令的特征位。AI仍为自动加AAAA为显示RAM中的存储单元地址。写显示RAM命令格式为AIAAAA。为该命令的特征位。AI位意义相同。AAAA为将要写入的显示RAM中存储单元地址。显示禁止写入熄灭命令命令格式为–IWAIWBBLABLB。这里面的是命令得特征位。IWA、IWB位A、B组显示RAM写入屏蔽位。在双位显示器使用时即在OUT,OUT独立地作为两个半字节输出。若IWA为可改写显示RAM中的低字节而不影响高半字节地状态。若BLA为可改写显示RAM中的高半字节而不影响低半字节地状态。BLA、BLB为A、B组的熄灭设置位。要消隐二组输出必须使BLABLB同时为若BL为则恢复显示。清除命令命令格式为CDCDCDCFCA。为特征位。CDCDCD用来设定清除显示RAM的方式。CF用来表示FIFO存储器。CA位总清的特征位。结束中断出错方式设置命令在传感器方式中该命令使IRQ输出线变为低电平允许再次对RAM写入。在N键巡回方式中若E=可工作在特殊出错方式。数据的输入输出对输入数据时要选择数据输入输出口的地址。它的数据输入输出口地址由CS非为A为来确定。在键盘扫描中中、键的输入数据按下面格式存放:DDDDDDDDCNTLSHIFT扫描值回送值长春工业大学其中CNTL与SHIFT为控制键状态扫描值为按下的键的行号回送值为按下键所在的列由RL,RL来决定。带看门狗和电源监控功能的复位芯片IPML几乎所有的单片机都需要复位电路对复位电路的基本要求是:在单片机上电时能可靠复位在下电时能防止程序乱飞导致EPROM中的数据被修改另外单片机系统在工作时由于干扰等各种因素的影响有可能出现死机现象导致单片机系统无法正常工作为了克服这一现象除了充分利用单片机本身的看门狗定时器(有些单片机无看门狗定时器)外还需外加看门狗电路除此以外有些单片机系统还要求在掉电瞬间单片机能将重要数据保存下来因掉电的发生往往是根随机的因而此类单片机系统需要电源监控电路在掉电刚发生时能告知单片机。MAXIM公司推出的MAXL刚好能满足这些要求下面具体介绍该芯片的性能特点及使用方法。MRWDOVccRESETIMPLGNDWDIPFIPFO图MAXL的封装及引脚功能MAXL有双列直插和贴片两种封装形式其双列直插如图,所示引脚功能如下:第脚为手动复位输入低电平有效第、脚分别为电源和地第脚为电源故障输入第脚为电源故障输出第脚为看门狗输入第脚为复位输出第脚为看门狗输出。MAXL的性能特点:MAXL的内部结构框图如图所示具有以下主要性能特点:由图可知该芯片具有以下主要性能特点:()复位输出。系统上电、掉电以及供电电压降低时第脚产生复位输出复位脉冲宽度的典型值为ms高电平有效复位门限的典型值为V。长春工业大学()看门狗电路输出。如果在s内没有触发该电路(即第脚无脉冲输入)则第脚输出一个低电平信号。()手动复位输入低电平有效即第脚输入一个低电平则第脚产生复位输出。()V门限值检测器第脚为输入第脚为输出。当第脚电压低于V时第脚输出一个低电平信号。MAXL的典型应用电路:MAXL的典型应用电路如图所示。图中单片机以ATC为例MAXL的第脚与第脚相连。第脚接单片机的复位脚(ATC的第脚)第脚与单片机的P相连。在软件设计中P不断输出脉冲信号如果因某种原因单片机进入死循环则P无脉冲输出。于是s后在MAXL的第脚输出低电平该低电平加到第脚使MAXL产生复位输出使单片机有效复位摆脱死循环的困境。另外当电源电压低于门限值V时MAXL也产生复位输出使单片机处于复位状态不执行任何指令直至电源电压恢复正常可有效防止因电源电压较低时单片机产生错误的动作。电源故障输入PFI通过一个电阻分压器监测未稳压的直流电源。当PFI低于(V时电源故障输出脚第脚PF变低可引起ATC中断进行电源故障处理或将重要数据保存下来。把分压器接到未稳压的直流电源是为了更早地对电源故障告警。被检测的电源RWDIPFIPVRVccPFOINTIMPLATCRESET手动GNDMRVWDOMAXL是一体积小、功耗低、性价比高的带看门狗和电源监控功能的复位芯片它使用简单、方便它所提供的复位信号为高电平因而是应用于复位信号为高电平场合的单片机系统的理想芯片。长春工业大学第四章系统软件设计主程序:主程序包括C本身的初始化、初始化等为简化起见本程序只给出有关标志、暂存单元和显示缓冲区清零、T初始化、开CUP中断、温度压力流量的显示和键盘扫描等程序。相应程序框图如下图所示。开始设置堆栈指针清标志和暂存单元清显示缓冲器区初始化开CPU中断扫描键盘显示主程序流程图长春工业大学中断程序T中断服务程序中还需要用到一系列子程序。例如:采样温度值的子程序、数字滤波越限处理程序、标度转换程序和温度显示程序。在PID计算程序中也需要用到双字节加法程序、双字节求补子程序和双字节带符号乘法子程序等。T中断服务程序框图如下。开始保护现场采样数字滤波显示Ta设定Ts计算是越限吗否报警PID计算实现控制恢复现场返回长春工业大学数字滤波子程序FILTER用于滤去来自控制现场对采样值的干扰。数字滤波程序算法很多在这里采用了中值滤波的算法只需对CH、CDH和EH中三次采样值进行比较取中间值存放到AH单元内以作为温度标度转换时使用。流程图如下:,CH,送AN,CH,,DH,,Y,CH,,,DH,,YN,CH,,DH,N,DH,,EH,,Y,DH,送AHY,CH,,,EH,,,DH,送AHNN,CH,,EH,,,EH,送AHYN,EH,,,CH,,Y,CH,送AH,EH,送AH返回长春工业大学PID计算程序P(K)=P(K)Kp「E(k)E(k)」KI*E(K)KD「E(k)E(k)E(k)」=P(k)PpPIPD根据上式编程流程图如下:根据E(K)=UU(K)计算E(K)R计算K*E(K)「E(K)E(K)」计算KP计算K「E(K)E(K)」KE(K)P计算K「E(K)E(K)」KE(K)KPD「E(K)E(K)E(K)」计算P(K)返回长春工业大学致谢在这里首先感谢在这次毕业设计中给予我最大支持的邱东老师在老师的指导和帮助下历经一个学期的努力大学最后一门考试毕业设计结束了。毕业设计表面上是对我们的一种考核形式其实际上是对我们四年所学的知识的复习、汇总和升华提高了我们理论联系实践的能力为以后能学有所用奠定了理性的认识。“一寸光阴一寸金”四年的时间如果用黄金所表示的那将是一个天文数字在历经一个学期的毕业设计中我清醒的感知到在四年里我丢掉了多少财富得到了多少财富。毕业设计是一个承上启下的过程通过这次毕业设计使我所学到的知识得以贯通同时拟补了我一定的学习空白使我的自学钻研能力都得到了提高。最后感谢母校四年来对我的栽培感谢每一位老师无私的把知识传送给我们今天我交上大学最后一份试卷请各位老师批评指正。谢谢~此致敬礼学生:徐龙甫长春工业大学参考文献、何立民MCS系列单片机应用系统设计。北航出版社、李新民单片微机计算机应用技术北航出版社、杨光友单片微型计算机原理及接口技术中国水利水电出版社、付家才单片机控制工程实践技术化学工业出版社、施仁等自动化仪表与过程控制电子工业出版社、张毅刚等新编MCS单片机应用设计哈尔滨工业大学出版社、现代电子技术P、仪表技术与传感器P、蒲昭帮等测控仪表设计北京机械工业出版社、于海生微机控制技术北京清华大学出版社、吴勤勤等微机化仪表原理及设计上海华东工学院出版社、房小翠单片机应用系统设计技术北京国防工业出版社、孙传友等测控原理与技术北京航空航天大学出版社、王福端单片机测控系统设计大全北京航空航天大学出版社、李朝青单片机原理及接口设计北京航空航天大学出版社、于微波等微型计算机控制系统吉林人民出版社、杨振江智能仪表与数据采集系统中的新器件及应用西安电子科技大学出版社、王毅单片机器件手册人民邮电出版社、泓编MCS系列单片机与IBMPC微机通信技术电子技术应用、王幸之单片机应用系统抗干扰技术北京航空航天出版社、电子产品世界、测控技术长春工业大学、工业仪表与自动化装置、刘刚等单片计算机原理实验及应用技术吉林科技技术出版社、程启明电子技术应用、程启明自动化与仪表、wwwiccom长春工业大学附录:程序清单主程序清单:ORGHDISMDATAHDISMDATAHDISMDATAAHDISMDATABHDISMDATACHDISMDATADHMOVSP,#HCLREHCLRFHCLRAMOVFH,AMOVH,AMOVBH,AMOVCH,AMOVDH,AMOVEH,AMOVH,AMOVDISM,AMOVDISM,AMOVDISM,A长春工业大学MOVDISM,AMOVDISM,AMOVDISM,AMOVTMOD,#HMOVTL,#HMOVTH,#HCLRPTSETBTRSETBETSETBEALOOP:ACALLDISPLYACALLSCANAJMPLOOP中断程序清单:ORGBHAJMPCTCT:PUSHACCPUSHDPLPUSHDPHSETBDH标志位ACALLSAMP调用采样子程序ACALLFILTER调用数字滤波程序CJNEAHTPL若U(K)Umax则TPLWL:MOVCEHMOVFHC(EH)送FH长春工业大学CLREH清EH单元ACALLUPL转上限处理程序POPDPHPOPDPLPOPACCRETI中断返回TPL:JNCTPL若U(K),Umax则TPLCLRFH清上次越限处理程序CJNEAHMTPL若U(K)Umax则TPLHAT:SETBPACALLPID调用PID子程序MOVA,FHPID送值FHCPLA对PID值求补作为TL值INCANM:SETBP。令。输出高电平MOVTLAT赋初值MOVTH#FFHSETBPTSETBTRSETBETACALLTRASTLOOP:ACALLDISPLAYJBDHLOOPPOPDPHPOPDPL长春工业大学POPACCRETIMTPL:JNCHATSETBP。MOVAHCPLAINCAAJMPNMTP:SETBEHJNBFHWLINCHMOVAHCLRCSUBBA#NJNZWLSETBP。CLREHCLRFHPOPDPHPOPDPLPOPACCRETIT中断服务程序:ORGBHAJMPCT长春工业大学CT:CLRDHCLRP。RETI温度采样程序清单:SAMP:MOVR#CHMOVR#HMOVDPTR#FHMOVXDPTR,ASAM:MOVR,#HDLY:DJNZRDLYHERE:JBP。HEREMOVXADPTRMOVRAINCRDJNZRSAMRET数字滤波程序清单:FILTER:MOVACHCJNZADHCMPAJMPCMPCMP:JNCCMPXCHADHXCHACHCMP:MOVADHCJNEAEHCMP长春工业大学MOVAHARETCMP:JCCMPMOVAHARETCMP:MOVAEHCJNEACHCMPAMOVAHRETCMP:JCCMPXCHACHCMP:MOVAHARETPID算法程序清单:PID:MOVRHMOVRHMOVRAHMOVR#HACALLCPLACALLDSUMMOVHRMOVAHRMOVRHMOVRHMOVR#AH长春工业大学ACALLMULTMOVRHMOVRAHMOVRBHMOVRCHACALLCPLACALLDSUMHMOVRMOVRHMOVR#HACALLMULTMOVRHMOVRHMOVRDHMOVRCHACALLDSUMMOVAHRMOVBHRMOVRHMOVRAHMOVRDHMOVREHACALLDSUMMOVRRMOVRR长春工业大学MOVRBHMOVRCHACALLCPLACALLDSUMMOVRRMOVR,RMOVR,BHMOVR,CHACALLCPLACALLDSUMMOVR,HMOVR,HMOVR,#HACALLMULTCJNEA,TH,GTAGMOVFREH,AMOVFREL,BMOVTH,#HMOVTL,#HNORL:POPBPOPAPOPPSWNOPNOPRETI长春工业大学ORGHAJMPLPORGHLP:MOVDPTR,#HMOVA,#HMOVXDPTR,AMOVR,#HDJNZR,$MOVXA,DPTRMOVH,ASJMP$打印程序A的端口地址分配HA口HB口HC口H控制口程序清单:主程序:ORGHSETBEASETBEXSETBPXSETBIT长春工业大学MOVR#HMOVA#AHMOVRAMOVR#HMOVR#HMOVR#HMOVARMOVXR,AMOVR,#HMOVA,#HMOVXR,AMOVA,#HMOVXR,ALOOP:SJMP$中断服务程序:ORGHLJMPPINTORGHPINT:MOVR#HINCRMOVARINCRMOVA,#HMOVXR,AMOVA,#H长春工业大学MOVXR,ADJNZR,NEXTCLREXNEXT:SETBEXDONE:RETIEN
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