CN103152274B - 能效及安全数据无线组网路由装置、系统及方法 - Google Patents

能效及安全数据无线组网路由装置、系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种能效及安全数据无线组网路由装置、系统及方法,该装置包括处理器、存储器、状态指示灯、无线通信模块和有线通信模块;所述处理器分别与所述存储器、所述状态指示灯、所述无线通信模块和所述有线通信模块连接。该能效及安全数据无线组网路由装置与各台现场仪器仪表可以灵活采用有线连接方式或无线连接方式,从而降低了施工工作量、施工难度和施工成本,缩短了施工周期,也提高了现场用电设备工作环境的安全性。另外,该能效及安全数据无线组网路由装置置能够直接的显示故障点,方便现场工作人员迅速处理出现故障的现场用电设备,降低了现场用电设备因发生故障而可能造成的损失。

Description

能效及安全数据无线组网路由装置、系统及方法
技术领域
本发明属于物联网技术领域,具体涉及一种能效及安全数据无线组网路由装置、系统及方法。
背景技术
现有技术中,为方便对电力领域和水力领域的用电数据进行综合管理,从而优化各个用电设备的用电量,提高用电效率,通常采用以下布置形式:配置多台数据采集装置,每一台数据采集装置与多个现场仪器仪表有线连接而构成一个数据采集单元;各台数据采集装置通过通信网络与上位机通信。其工作原理为:每一台数据采集装置采集多个现场仪器仪表的电能数据,然后将采集到的电能数据上传给上位机,由上位机综合分析各个用电设备的用电量。由于用电现场环境复杂,并且通常存在多个仪器仪表,并且,各仪器仪表在用电现场布置方式非常分散,因此,各台数据采集装置与各个现场仪器仪表采用有线安装方式布线时,不仅存在施工工作量大、施工难度高、施工成本高和施工周期长的缺陷,而且还增加了现场用电设备工作环境的危险性。并且,现有技术方案中,当某一台现场仪器仪表出现故障时,数据采集装置不具有直观显示故障点的功能,从而不方便现场工作人员迅速处理出现故障的现场用电设备。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷,本发明提供一种能效及安全数据无线组网路由装置、系统及方法,该无线组网路由装置与各台现场仪器仪表可以灵活采用有线连接方式或无线连接方式,从而降低了施工工作量、施工难度和施工成本,缩短了施工周期,也提高了现场用电设备工作环境的安全性。另外,该无线组网路由装置能够直接的显示故障点,方便现场工作人员迅速处理出现故障的现场用电设备,降低了现场用电设备因发生故障而可能造成的损失。
本发明采用的技术方案如下:
本发明提供一种能效及安全数据无线组网路由装置,包括处理器、存储器、状态指示灯、无线通信模块和有线通信模块;所述处理器分别与所述存储器、所述状态指示灯、所述无线通信模块和所述有线通信模块连接。
优选的,所述状态指示灯为LED灯组;所述处理器为LPC2468处理器;所述无线通信模块为基于Zigbee协议的无线通信模块或GPRS通信模块;所述有线通信模块为485总线通信模块或CAN总线通信模块;所述存储器包括SDRAM存储器、SD卡存储器或非易失闪存存储器。
优选的,包括一个以上服务器、一个以上能效及安全数据无线组网路由装置以及一个以上现场仪器仪表;各个所述能效及安全数据无线组网路由装置与每一个所述服务器通信连接,一个所述能效及安全数据无线组网路由装置连接有多个所述现场仪器仪表。
优选的,所述能效及安全数据无线组网路由装置与多个所述现场仪器仪表组织为有线网络或无线网络后,再与所述服务器通信。
本发明还提供一种应用上述的能效及安全数据无线组网路由系统的方法,包括以下步骤:
S1,定义配置文件,所述配置文件包括与所述能效及安全数据无线组网路由装置通信的现场仪器仪表类型、现场仪器仪表地址、现场仪器仪表端口号、现场仪器仪表总数以及轮询间隔时间;
S2,将所述配置文件存入所述存储器内,当所述能效及安全数据无线组网路由装置开机时,所述能效及安全数据无线组网路由装置读取所述存储器内的所述配置文件,然后根据所述配置文件轮询各个所述现场仪器仪表;
S3,所述能效及安全数据无线组网路由装置对读取到的所述现场仪器仪表的原始能效数据归一化处理,得到具有统一数据格式的能效数据;然后再将所述具有统一数据格式的能效数据、接收时间点、与所述原始能效数据对应的现场仪器仪表标识封装在一起,得到标准能效数据;
S4,所述能效及安全数据无线组网路由装置按先进先出规则将所述标准能效数据存入所述存储器内;
S5,所述能效及安全数据无线组网路由装置按照负载均衡策略选择负载最优的特定服务器;
S6,所述能效及安全数据无线组网路由装置将所述标准能效数据发送给所述特定服务器;只有当接收到所述特定服务器返回的与所述标准能效数据对应的响应信号时,所述能效及安全数据无线组网路由装置才删除所述存储器中存储的所述标准能效数据。
优选的,所述现场仪器仪表类型包括A表、B表、810B表和810E表;其中,所述A表为带谐波采集功能的数码管显示的多功能电表;所述B表为不带谐波采集功能的数码管显示的多功能电表;所述810B表为不带谐波采集功能的液晶数码管显示的多功能电表;所述810E表为带谐波采集功能的液晶数码管显示的多功能电表。
优选的,S3中,所述能效及安全数据无线组网路由装置对读取到的所述现场仪器仪表的原始能效数据归一化处理具体为:
所述能效及安全数据无线组网路由装置通过A表解析适配器对来自于所述A表的原始能效数据归一化处理;
所述能效及安全数据无线组网路由装置通过B表解析适配器对来自于所述B表的原始能效数据归一化处理;
所述能效及安全数据无线组网路由装置通过810B表解析适配器对来自于所述810B表的原始能效数据归一化处理;
所述能效及安全数据无线组网路由装置通过810E表解析适配器对来自于所述810E表的原始能效数据归一化处理。
优选的,S3之后,还包括:
所述能效及安全数据无线组网路由装置判断缓存中存储的数据是否大于设定极大值,如果判断结果为否,则将所述标准能效数据存入所述缓存中,然后按先进先出规则将所述缓存中存储的所述标准能效数据加入到发送队列中等待发送;如果判断结果为是,则将设定量的所述标准能效数据存入所述缓存中,其余所述标准能效数据存入SD存储卡内,当所述缓存中存储的数据少于设定极小值时,再依次将所述SD存储卡内的所述标准能效数据读入所述缓存中以备发送。
优选的,S2之后,S3之前,还包括:
所述处理器判断读取到的所述现场仪器仪表的原始能效数据是否在设定门限内,如果判断结果为是,则执行S3;如果判断结果为否,则丢弃所述原始能效数据;和/或
S6之后,还包括:
所述特定服务器综合分析接收到的所述标准能效数据,判断指定现场仪器仪表是否发生故障,如果判断结果为是,则向与所述指定现场仪器仪表对应的指定处理器发送报警信号,所述指定处理器向与其连接的指定状态指示灯发出报警信号,由所述指定状态指示灯进行报警提示。
本发明的有益效果如下:
本发明提供一种能效及安全数据无线组网路由装置、系统及方法,该能效及安全数据无线组网路由装置对现场仪器仪表的能效数据进行集中采集并转发,而且根据现场施工具体情况,能效及安全数据无线组网路由装置与各台现场仪器仪表可以灵活采用有线连接方式或无线连接方式,从而降低了施工工作量、施工难度和施工成本,缩短了施工周期,也提高了现场用电设备工作环境的安全性。另外,该能效及安全数据无线组网路由装置能够直接的显示故障点,方便现场工作人员迅速处理出现故障的现场用电设备,降低了现场用电设备因发生故障而可能造成的损失。
附图说明
图1为本发明提供的能效及安全数据无线组网路由装置的硬件结构示意图;
图2为本发明提供的能效及安全数据无线组网路由装置的模块结构示意图;
图3为本发明提供的能效及安全数据无线组网路由装置的软件原理示意图;
图4为本发明提供的能效及安全数据无线组网路由装置的后面板结构示意图;
图5为本发明提供的能效及安全数据无线组网路由装置的装配示意图;
图6为本发明提供的能效及安全数据无线组网路由系统的结构示意图;
图7为本发明提供的能效及安全数据无线组网路由方法的流程示意图;
其中,1---GPRS天线;2---Zigbee天线;3---Wifi天线;4---USB接口;5---第一以太网口;6---第二以太网口;7---第三以太网口;8---SIM卡座;9---接地插座;10---电源插座;11---通信接口;12---直流电源接口。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细说明:
如图1-3所示,本发明提供的能效及安全数据无线组网路由装置,包括处理器、存储器、状态指示灯、无线通信模块和有线通信模块;所述处理器分别与所述存储器、所述状态指示灯、所述无线通信模块和所述有线通信模块连接。在实际应用中,状态指示灯为LED灯组;处理器为LPC2468处理器;无线通信模块为基于Zigbee协议的无线通信模块或GPRS通信模块;有线通信模块为485总线通信模块或CAN总线通信模块;存储器包括SDRAM存储器、SD卡存储器或非易失闪存存储器,存储器具有容量大,价格便宜、容易采购且通用性好的优点。尤其采用SD卡作为存储器,进一步降低了成本。
图4为本发明提供的能效及安全数据无线组网路由装置的后面板的一个具体实施例。如图5所示,能效及安全数据无线组网路由装置的装配方法为:在配电柜门板上开设一定形状的通孔,然后将能效及安全数据无线组网路由装置固定在通孔内即可。
因此,能效及安全数据无线组网路由装置与各个现场仪器仪表可以通过485总线、Profibus和CAN工业总线进行数据采集,也可以通过2.4G的无线模块进行无线数据的采集,从而最大限度的降低施工难度和施工成本。
如图6所示,本发明还提供一种能效及安全数据无线组网路由系统,包括一个以上服务器、一个以上上述的能效及安全数据无线组网路由装置以及一个以上现场仪器仪表;各个所述能效及安全数据无线组网路由装置与每一个所述服务器通信连接,一个所述能效及安全数据无线组网路由装置连接有多个所述现场仪器仪表。
其中,为方便说明,本发明中,将能效及安全数据无线组网路由装置简称为路由装置。路由装置主要用于采集各个现场仪器仪表的能效数据,并对采集到的数据进行数据转发,路由装置支持多种类、多协议的现场仪器仪表。并且,路由装置装置安装的一个串口可以同时采集多路现场仪器仪表的能效数据,例如:30路,从而提高路由装置的采集效率。路由装置与多个现场仪器仪表组织为有线网络或无线网络后,再与所述服务器通信。
如图7所示,本发明还提供一种应用上述的能效及安全数据无线组网路由系统的方法,包括以下步骤:
S1,定义配置文件,所述配置文件包括与所述能效及安全数据无线组网路由装置通信的现场仪器仪表类型、现场仪器仪表地址、现场仪器仪表端口号、现场仪器仪表总数以及轮询间隔时间;其中,现场仪器仪表类型包括但不限于A表、B表、810B表和810E表。所述A表为带谐波采集功能的数码管显示的多功能电表;所述B表为不带谐波采集功能的数码管显示的多功能电表;所述810B表为不带谐波采集功能的液晶数码管显示的多功能电表;所述810E表为带谐波采集功能的液晶数码管显示的多功能电表。在配置中定义上述属性后,能效及安全数据无线组网路由系统即可正常轮询对应的现场仪器仪表。
通过配置文件,可以提高配置灵活性且方便安装和调试,能效及安全数据无线组网路由装置支持通过配置文件配置所需采集的仪表的种类和数量的功能。常用的配置文件为INI文件,因此采集装置也采用INI文件保存配置参数,也便于安装维护人员的查看和修改。
INI文件格式介绍如下:
ini文件是文本文件,中间的数据格式一般为:
[Section1Name]
KeyName1=value1
KeyName2=value2
[Section2Name]
KeyName1=value1
KeyName2=value2
其中,ini文件可以分为多个域(Section),每个域的名称用[]括起来,域名称不能重复。在一个域中,可以有多个参数名(Key),每一个参数名可以有一个值并占用一行,格式是Key=value,同一个域中的参数名不能重复。
本发明中,能效及安全数据无线组网路由装置的INI文件举例如下:
[COMMUNICATION]
SaveTime=2
DeviceID=1001
[PORT0]
Protocal=Modbus
Ubound=9600
MeterFormat=type,addr,interval
MeterCount=6
Meter1=A,38,15
Meter2=B,32,15
Meter3=B,35,2
Meter4=810B,37,2
Meter5=810E,36,5
Meter6=B,31,60
[PORT1]
Protocal=DTU
Ubound=19200
其中,COMMUNICATION域:用于保存与服务器通信的参数
PORT0域:用于配置各端口的功能属性
a)PORT0:指主板上的PORT0端口0,如果配置端口1则为PORT1,以此类推。
b)MeterFormat:格式示意,表示下面的表的参数格式,不需修改
c)Protocal:该端口绑定的协议
d)MeterCount参数:指明了电表总数量
MeterN:N应从1开始起到MeterCount值所给出的数据。每个参数对应一个现场仪器仪表,每个参数对应值的各项之间用“,”隔开。各项具体含义见表一:
表一
如表二,能效及安全数据无线组网路由装置硬件可以配置如下:
表二
功能 硬件
数据采集,485总线 板载485接口
GPRS传输 板载232接口/UART接口
以太网传输 板载以太网接口
数据存储 板载SD卡接口
LPC2468* 处理器
Profibus 总线扩展/UART接口
CAN总线 板载CAN接口
局部无线传输 板载232接口
32M SDRAM* 板载动态存储器
2M FLASH* 板载程序存储器
S2,将所述配置文件存入所述存储器内,当所述能效及安全数据无线组网路由装置开机时,所述能效及安全数据无线组网路由装置读取所述存储器内的所述配置文件,然后根据所述配置文件轮询各个所述现场仪器仪表;
S3,所述能效及安全数据无线组网路由装置对读取到的所述现场仪器仪表的原始能效数据归一化处理,得到具有统一数据格式的能效数据;然后再将所述具有统一数据格式的能效数据、接收时间点、与所述原始能效数据对应的现场仪器仪表标识封装在一起,得到标准能效数据;由于标准能效数据封装有现场仪器仪表标识,所以,采集服务器通过对标准能效数据分析,可以准确定位出现故障的现场仪器仪表。
由于现场仪器仪表包括流量计、液位计、压力变送器、调节阀等各类仪器仪表,因此,各类仪器仪表所输出的原始输出信号的数据格式不同,所以,为增加本发明提供的采集装置的通用性,处理器内置有数据适配器,用于将各类原始能效数据转化为统一的标准原始能效数据。
例如:能效及安全数据无线组网路由装置通过A表解析适配器对来自于所述A表的原始能效数据归一化处理;所述能效及安全数据无线组网路由装置通过B表解析适配器对来自于所述B表的原始能效数据归一化处理;所述能效及安全数据无线组网路由装置通过810B表解析适配器对来自于所述810B表的原始能效数据归一化处理;所述采集装置通过810E表解析适配器对来自于所述810E表的原始能效数据归一化处理。
由能效及安全数据无线组网路由装置负责分表数据查询和数据格式转换工作,再通过数据压缩技术上传给采集服务器,减少了数据传输流量。并且,由于服务器不需要负责分表的查询,从而降低了服务器的负载量。
另外,S2之后,S3之前,还包括:
所述处理器判断读取到的所述现场仪器仪表的原始能效数据是否在设定门限内,如果判断结果为是,则执行S3;如果判断结果为否,则丢弃所述原始能效数据。
S3之后,还包括:
所述能效及安全数据无线组网路由装置判断缓存中存储的数据是否大于设定极大值,如果判断结果为否,则将所述标准能效数据存入所述缓存中,然后按先进先出规则将所述缓存中存储的所述标准能效数据加入到发送队列中等待发送;如果判断结果为是,则将设定量的所述标准能效数据存入所述缓存中,其余所述标准能效数据存入SD存储卡内,当所述缓存中存储的数据少于设定极小值时,再依次将所述SD存储卡内的所述标准能效数据读入所述缓存中以备发送。
S4,所述能效及安全数据无线组网路由装置按先进先出规则将所述标准能效数据存入所述存储器内;
S5,所述能效及安全数据无线组网路由装置按照负载均衡策略选择负载最优的特定服务器;
能效及安全数据无线组网路由装置自动选择响应速度最快的服务器,从而减轻服务器负担,也方便服务器的维护。
S6,所述能效及安全数据无线组网路由装置将所述标准能效数据发送给所述特定服务器;只有当接收到所述特定服务器返回的与所述标准能效数据对应的响应信号时,所述能效及安全数据无线组网路由装置才删除所述存储器中存储的所述标准能效数据。
现有技术中,能效及安全数据无线组网路由装置将标准能效数据直接向服务器上传,对传输过程没有处理、保护和保存,因此具有通信稳定性低、连续性差、通信的任意一个环节出现故障即会发生中心系统数据缺失、服务器压力大的缺点。通过本步骤,在数据上传不成功时,能效及安全数据无线组网路由装置的存储器中仍然存储有标准能效数据,待通信通道畅通后再将数据上传,从而确保了数据传输的完整性、可靠性、稳定性和连续性。
另外,能效及安全数据无线组网路由装置支持GPRS/串口/以太网方式的数据上传,采用GPRS方案时使用DTU透传方式进行数据上传,以太网方式下提供UDP方式进行数据上传,且尽量提高上传速度。传统使用的传输方案是TCP+服务器主动发起轮询的方式。该种方式存在两大缺陷:对于使用TCP协议,首先,GPRS属于无线通信,特点是带宽窄,误码率高,属于不可靠的通信链路。而且GPRS在不传输数据一段时间后其网关会将链路拆除。因此在该链路上使用TCP协议,软件上对于建立连接和连接资源回收的设计要求就比较高,而且占用服务器资源多。目前采集端出现的DTU连接不上服务器的问题大多来源于此。而本发明中,采用GPRS方案时使用DTU透传方式进行数据上传,以太网方式下提供UDP方式进行数据上传可以解决该问题。UDP方式上传数据不需占用大量端口,具有传输速度快和占用资源少的优点。特别适合于大量离散点的少量数据采集器和汇总工作,服务器端具有接收软件的开发难度低,数据格式容易控制,不需要处理粘包等优点。
S6之后,还包括:
所述特定服务器综合分析接收到的所述标准能效数据,判断指定现场仪器仪表是否发生故障,如果判断结果为是,则向与所述指定现场仪器仪表对应的指定处理器发送报警信号,所述指定处理器向与其连接的指定状态指示灯发出报警信号,由所述指定状态指示灯进行报警提示。
本发明中,能效及安全数据无线组网路由装置对现场仪器仪表还具有监控功能,可以在采集现场仪器仪表数据的同时监视数据的波动并控制现场设备的启停。能效及安全数据无线组网路由装置也可以设置短信配置功能,通过短信实现与相关通信设备的通信。另外,本发明中,能效及安全数据无线组网路由装置、存储器和数据传输模块,分别负责数据的采集、存储和传输三大功能,各模块的正常运行需要其他底层模块的支持,比如能效及安全数据无线组网路由装置需要串口驱动模块支持,存储器需要依赖文件系统和SD卡驱动的支持。传输模块又需要串口驱动模块或TCP/IP协议栈的支持等。
本发明提供的能效及安全数据无线组网路由装置、系统及方法,该能效及安全数据无线组网路由装置对现场仪器仪表的能效数据进行集中采集并转发,而且根据现场施工具体情况,能效及安全数据无线组网路由装置与各台现场仪器仪表可以灵活采用有线连接方式或无线连接方式,从而降低了施工工作量、施工难度和施工成本,缩短了施工周期,也提高了现场用电设备工作环境的安全性。另外,该能效及安全数据无线组网路由装置能够直接的显示故障点,方便现场工作人员迅速处理出现故障的现场用电设备,降低了现场用电设备因发生故障而可能造成的损失。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种应用能效及安全数据无线组网路由系统的方法,其特征在于,能效及安全数据无线组网路由系统包括一个以上服务器、一个以上能效及安全数据无线组网路由装置以及一个以上现场仪器仪表;各个所述能效及安全数据无线组网路由装置与每一个所述服务器通信连接,一个所述能效及安全数据无线组网路由装置连接有多个所述现场仪器仪表;所述能效及安全数据无线组网路由装置与多个所述现场仪器仪表组织为有线网络或无线网络后,再与所述服务器通信;
其中,能效及安全数据无线组网路由装置包括处理器、存储器、状态指示灯、无线通信模块和有线通信模块;所述处理器分别与所述存储器、所述状态指示灯、所述无线通信模块和所述有线通信模块连接;
方法包括以下步骤:
S1,定义配置文件,所述配置文件包括与所述能效及安全数据无线组网路由装置通信的现场仪器仪表类型、现场仪器仪表地址、现场仪器仪表端口号、现场仪器仪表总数以及轮询间隔时间;
S2,将所述配置文件存入所述存储器内,当所述能效及安全数据无线组网路由装置开机时,所述能效及安全数据无线组网路由装置读取所述存储器内的所述配置文件,然后根据所述配置文件轮询各个所述现场仪器仪表;
S3,所述能效及安全数据无线组网路由装置对读取到的所述现场仪器仪表的原始能效数据归一化处理,得到具有统一数据格式的能效数据;然后再将所述具有统一数据格式的能效数据、接收时间点、与所述原始能效数据对应的现场仪器仪表标识封装在一起,得到标准能效数据;
S4,所述能效及安全数据无线组网路由装置按先进先出规则将所述标准能效数据存入所述存储器内;
S5,所述能效及安全数据无线组网路由装置按照负载均衡策略选择负载最优的特定服务器;
S6,所述能效及安全数据无线组网路由装置将所述标准能效数据发送给所述特定服务器;只有当接收到所述特定服务器返回的与所述标准能效数据对应的响应信号时,所述能效及安全数据无线组网路由装置才删除所述存储器中存储的所述标准能效数据;
其中,所述现场仪器仪表类型包括A表、B表、810B表和810E表;其中,所述A表为带谐波采集功能的数码管显示的多功能电表;所述B表为不带谐波采集功能的数码管显示的多功能电表;所述810B表为不带谐波采集功能的液晶数码管显示的多功能电表;所述810E表为带谐波采集功能的液晶数码管显示的多功能电表;
其中,S3中,所述能效及安全数据无线组网路由装置对读取到的所述现场仪器仪表的原始能效数据归一化处理具体为:
所述能效及安全数据无线组网路由装置通过A表解析适配器对来自于所述A表的原始能效数据归一化处理;
所述能效及安全数据无线组网路由装置通过B表解析适配器对来自于所述B表的原始能效数据归一化处理;
所述能效及安全数据无线组网路由装置通过810B表解析适配器对来自于所述810B表的原始能效数据归一化处理;
所述能效及安全数据无线组网路由装置通过810E表解析适配器对来自于所述810E表的原始能效数据归一化处理;
其中,其特征在于,S3之后,还包括:
所述能效及安全数据无线组网路由装置判断缓存中存储的数据是否大于设定极大值,如果判断结果为否,则将所述标准能效数据存入所述缓存中,然后按先进先出规则将所述缓存中存储的所述标准能效数据加入到发送队列中等待发送;如果判断结果为是,则将设定量的所述标准能效数据存入所述缓存中,其余所述标准能效数据存入SD存储卡内,当所述缓存中存储的数据少于设定极小值时,再依次将所述SD存储卡内的所述标准能效数据读入所述缓存中以备发送。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,S2之后,S3之前,还包括:
所述处理器判断读取到的所述现场仪器仪表的原始能效数据是否在设定门限内,如果判断结果为是,则执行S3;如果判断结果为否,则丢弃所述原始能效数据;和/或
S6之后,还包括:
所述特定服务器综合分析接收到的所述标准能效数据,判断指定现场仪器仪表是否发生故障,如果判断结果为是,则向与所述指定现场仪器仪表对应的指定处理器发送报警信号,所述指定处理器向与其连接的指定状态指示灯发出报警信号,由所述指定状态指示灯进行报警提示。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述状态指示灯为LED灯组;所述处理器为LPC2468处理器;所述无线通信模块为基于Zigbee协议的无线通信模块或GPRS通信模块;所述有线通信模块为485总线通信模块或CAN总线通信模块;所述存储器包括SDRAM存储器、SD卡存储器或非易失闪存存储器。
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