CN117555222A - 电子节气门pid参数标定教学装置和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电子节气门PID参数标定教学装置和系统，电子节气门PID参数标定教学装置包括节气门开度检测电路、通信电路、驱动电路和控制电路，控制电路将节气门开度检测信号经通信电路上传至上位机，上位机在接收到所述开度检测信号后生成节气门开度曲线并进行显示，控制电路还用于根据经所述通信电路接收到的PID参数信号控制驱动电路输出相应的信号驱动节气门动作，以使节气门的开度与PID参数信号对应。本发明便于操作人员分析PID参数在节气门控制中发挥的作用，并提高了节气门控制电路的PID参数标定效率。
Description
技术领域
本发明涉及汽车控制领域，尤其涉及一种电子节气门PID参数标定教学装置和系统。
背景技术
汽车发动机的电子节气门控制装置通过调整节气门开度大小来控制发动机的进气量，从而改变发动机的扭矩输出；通常，工作人员需要在嵌入式编程环境下，修改节气门控制器的嵌入式程序中的PID参数，然后经过编译、下载后重新启动节气门控制器，通过眼睛直接观察节气门实际运行状态来判断PID参数设置是否合理，节气门控制器的PID参数设置过程繁杂、不够准确，且对人员技术要求高、需要时间长。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种电子节气门PID参数标定教学装置，旨在优化通过修改PID参数控制节气门开度的过程，并提高PID参数标定效率。
为实现上述目的，本发明提出一种电子节气门PID参数标定教学装置，应用于电子节气门PID参数标定教学系统，电子节气门PID参数标定教学系统包括上位机和节气门，电子节气门PID参数标定教学装置包括：
节气门开度检测电路，所述节气门开度检测电路用于检测所述节气门的开度，并输出相应的开度检测信号；
通信电路，所述通信电路用于与所述上位机通信连接，并用于接入所述上位机传来的PID参数信号；
驱动电路，所述驱动电路与所述节气门的受控端连接；
控制电路，所述控制电路用于将所述开度检测信号经所述通信电路上传至所述上位机，以使所述上位机在接收到所述开度检测信号时生成节气门开度曲线并进行显示，所述控制电路用于根据经所述通信电路接收到的所述PID参数信号控制所述驱动电路输出相应的信号驱动所述节气门动作，以使所述节气门的开度与所述PID参数信号对应。
可选地，所述控制电路在接收到所述PID参数控制信号后需重启进行PID参数配置，进而再控制所述驱动电路输出相应的信号驱动所述节气门动作。
可选地，所述驱动电路包括驱动芯片，所述驱动芯片包括第一输入端和第二输入端，以及第一输出端和第二输出端，所述第一输入端和所述第二输入端用于接收所述控制电路发出的PWM信号，所述第一输出端和所述第二输出端用于根据所述PWM信号输出相应的信号驱动所述节气门动作。
可选地，所述驱动电路还包括第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容和第六电容，以及第一电感、第二电感、第一电阻和第二电阻，所述第一输入端和所述第二输入端分别连接所述第一电容的第一端和所述第二电容的第一端，所述第一电容的第二端和所述第二电容的第二端接地，所述第一输出端和所述第二输出端分别连接所述第三电容的第一端和所述第四电容的第一端，所述第三电容的第二端和所述第四电容的第二端接地，所述第一输出端和所述第二输出端分别连接所述第一电感的第一端和所述第二电感的第一端，所述第一电感的第二端和所述第二电感的第二端与所述节气门的受控端连接，所述第一电感的第一端和所述第二电感的第一端还分别连接所述第五电容的第一端和所述第六电容的第一端，所述第五电容的第二端和所述第六电容的第二端分别连接所述第一电阻的第一端和所述第二电阻的第一端，所述第一电阻的第二端和所述第二电阻的第二端接地。
可选地，所述节气门开度检测电路包括节气门开度传感器和节气门开度采集电路，所述节气门开度采集电路包括传感信号输入端和传感信号输出端，所述传感信号输入端连接所述节气门开度传感器，所述传感信号输出端连接所述控制电路。
可选地，所述节气门开度采集电路还包括第七电容、第八电容、第三电阻和第四电阻，所述传感信号输入端连接所述第七电容的第一端和所述第三电阻的第一端，所述传感信号输出端连接所述第三电阻的第二端、所述第四电阻的第一端和所述第八电容的第一端，所述第七电容的第二端、所述第四电阻的第二端和所述第八电容的第二端接地。
可选地，所述控制电路包括主控芯片，所述主控芯片包括通信端和PWM信号输出端，所述主控芯片通过所述通信端与所述通信电路电连接，所述PWM信号输出端包括第一PWM信号输出端和第二PWM信号输出端，所述第一PWM信号输出端和所述第二PWM信号输出端分别与所述驱动芯片的第一输入端和第二输入端电连接。
可选地，所述通信电路为485串口电路，所述485串口电路包括485芯片，所述485芯片包括数据发送端、数据接收端和控制端，所述数据发送端、数据接收端和控制端与所述控制电路的主控芯片连接；
所述485芯片还包括第一接线端和第二接线端，所述第一接线端和所述第二接线端与所述上位机的对应串口连接。
可选地，所述485串口电路还包括第五电阻、第一双向稳压二极管、第二双向稳压二极管和第三双向稳压二极管，所述485芯片的第一接线端连接所述第五电阻的第一端、所述第一双向稳压二极管的第一端和所述第二双向稳压二极管的第一端，所述485芯片的第二接线端连接所述第五电阻的第二端、所述第一双向稳压二极管的第二端和所述第三双向稳压二极管的第一端，所述第二双向稳压二极管的第二端和所述第三双向稳压二极管的第二端接地。
本发明还提出一种电子节气门PID参数标定教学系统，包括以上所述的电子节气门PID参数标定教学装置，所述电子节气门PID参数标定教学系统还包括：
上位机，具有设定部和显示部；以及节气门。
相比于现有技术，本发明的有益效果在于：
能直接在上位机上更新发送至控制电路的PID参数，控制电路接收PID参数并发出相应的PWM信号控制节气门开度；控制电路还实时将节气门开度检测电路所检测到的节气门开度信息上传至上位机，上位机将节气门开度信息生成曲线进行显示，便于操作人员将实时的节气门开度和预设的节气门开度目标值进行比较，进而在上位机上修改PID参数以使节气门开度和修改后的PID参数对应，非常直观地展示了PID参数在节气门控制中的作用，适用于中高职院校的汽车相关教学，且提高了PID参数标定效率。
附图说明
图1为本发明电子节气门PID参数标定教学装置一实施例的电路原理框图；
图2为本发明电子节气门PID参数标定教学装置一实施例中驱动电路的电路结构图；
图3为本发明电子节气门PID参数标定教学装置一实施例中节气门开度检测电路的电路结构图；
图4为本发明电子节气门PID参数标定教学装置一实施例中控制电路的电路结构图；
图5为本发明电子节气门PID参数标定教学装置一实施例中通信电路的电路结构图；
图6为本发明电子节气门PID参数标定教学装置一实施例中节气门控制方法流程示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图作进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后）仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
如果没有特别的说明，本申请的所有实施方式以及可选实施方式可以相互组合形成新的技术方案，本申请的所有技术特征以及可选技术特征可以相互组合形成新的技术方案。
本发明的主要目的是提供一种电子节气门PID参数标定教学装置，旨在优化通过修改PID参数控制节气门开度的过程，提高PID参数标定效率。
为实现上述目的，本发明提出一种电子节气门PID参数标定教学装置，应用于电子节气门PID参数标定教学系统。
在一实施例中，如图1所示，电子节气门PID参数标定教学系统包括上位机11和节气门15，电子节气门PID参数标定教学装置包括：
节气门开度检测电路16，所述节气门开度检测电路16用于检测所述节气门15的开度，并输出相应的开度检测信号；
通信电路12，所述通信电路12用于与所述上位机11通信连接，并用于接入所述上位机11传来的PID参数信号；
驱动电路14，所述驱动电路14与所述节气门15的受控端连接；
控制电路13，所述控制电路13用于将所述开度检测信号经所述通信电路12上传至所述上位机11，以使所述上位机11在接收到所述开度检测信号时生成节气门开度曲线并进行显示，所述控制电路13用于根据经所述通信电路12接收到的所述PID参数信号控制所述驱动电路14输出相应的信号驱动所述节气门15动作，以使所述节气门15的开度与所述PID参数信号对应。
具体地，上位机11与控制电路13经通信电路12进行通信，操作人员在上位机11上设置PID参数，PID参数信号经通信电路12传输至控制电路13，控制电路13配置有嵌入式程序，用于将接收到的PID参数信号处理并转化为对应的输出信号输出至驱动电路14，驱动电路14输出相应的驱动信号控制节气门15的开度；节气门开度检测电路16实时检测节气门的开度，并将开度检测信号通过控制电路13实时传递至上位机11；上位机11对所述开度检测信号进行可视化显示，本实施例中上位机11将所述开度检测信号以动态曲线形式显示；本实施例中上位机11还可用于设置节气门开度目标线，并将节气门开度目标线与所述开度检测信号的动态曲线在同一画面中显示，所述节气门开度目标线用于为PID参数的修改提供参考。
本实施例提出的电子节气门PID参数标定教学装置能直接在上位机上更新发送至控制电路的PID参数，进而控制节气门的开度，且通过对节气门开度检测信号生成曲线进行显示，能直观地反映节气门的实时开度信息，操作人员在上位机上通过修改PID参数以使节气门开度和修改后的PID参数对应。相比嵌入式环境下通过直接目视观察节气门的运行状态，本实施例提高了节气门控制器的PID参数标定效率，且适用于中高职院校的汽车教学，便于操作人员/学员分析PID参数在电子节气门控制装置中发挥的作用。
基于上述实施例，在一实施例中，所述控制电路13在接收到所述PID参数控制信号后需重启进行PID参数配置，进而再控制所述驱动电路14输出相应的信号驱动所述节气门15动作。
具体地，控制电路13将新接收到的PID参数信号配置于内部的嵌入式程序中，对控制电路13进行重新启动后，新的PID参数信号生效，进而控制电路13输出新的控制信号通过驱动电路14控制节气门15新的开度。
在一实施例中，如图2所示，所述驱动电路包括驱动芯片，所述驱动芯片包括第一输入端IN1和第二输入端IN2，以及第一输出端OUT1和第二输出端OUT2，所述第一输入端IN1和所述第二输入端IN2用于接收所述控制电路发出的PWM信号，所述第一输出端OUT1和所述第二输出端OUT2用于根据所述PWM信号输出相应的信号驱动所述节气门动作。
具体地，驱动电路输出用于驱动电子节气门电机的驱动信号，所述控制电路发出的控制信号为两路PWM信号，通过调节两路PWM信号的占空比，可改变所述驱动芯片的两路输出信号M＋和M-，进而改变电子节气门电机两端的电流大小和/或方向，所述电子节气门电机控制节气门的开度。在一实施例中，所述驱动芯片可选用型号为TLE 5206-2GP的驱动芯片。
在一实施例中，如图2所示，所述驱动电路还包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5和第六电容C6，以及第一电感L1、第二电感L2、第一电阻R1和第二电阻R2，所述第一输入端IN1和所述第二输入端IN2分别连接所述第一电容C1的第一端和所述第二电容C2的第一端，所述第一电容C1的第二端和所述第二电容C2的第二端接地，所述第一输出端OUT1和所述第二输出端OUT2分别连接所述第三电容C3的第一端和所述第四电容C4的第一端，所述第三电容C3的第二端和所述第四电容C4的第二端接地，所述第一输出端OUT1和所述第二输出端OUT2分别连接所述第一电感L1的第一端和所述第二电感L2的第一端，所述第一电感L1的第二端和所述第二电感的第二端与所述节气门的受控端连接，所述第一电感的第一端和所述第二电感L2的第一端还分别连接所述第五电容C5的第一端和所述第六电容C6的第一端，所述第五电容C5的第二端和所述第六电容C6的第二端分别连接所述第一电阻R1的第一端和所述第二电阻R2的第一端，所述第一电阻R1的第二端和所述第二电阻R2的第二端接地。
具体地，第一电容C1和第二电容C2为驱动芯片输入端的接地滤波电容，第三电容C3和第四电容C4为驱动芯片输出端的接地滤波电容；驱动芯片输出端的第一电感L1和第五电容C5、第一电阻R1构成第一输出端的LC电路，第二电感L2和第六电容C6、第二电阻构成第二输出端的LC电路，所述LC电路用于平滑驱动芯片的输出电压，并且提供额外的电流响应能力，以满足瞬态响应要求。
在一实施例中，如图3所示，所述节气门开度检测电路包括节气门开度传感器和节气门开度采集电路，所述节气门开度采集电路包括传感信号输入端TPS1和传感信号输出端TPS1 AD，所述传感信号输入端连接所述节气门开度传感器，所述传感信号输出端连接所述控制电路。
具体地，所述节气门开度传感器可选用可变电阻式传感器，当节气门处于不同开度时，所述节气门开度传感器输出不同的电压信号，所述电压信号经节气门开度检测电路处理后输出相应的电压信号至所述控制电路相应的信号接收端。当所述节气门开度传感器为可变电阻式传感器时，通常需设置两个节气门开度传感器，相应的需要两个节气门开度检测电路，由于节气门开度检测电路可选用相同设计，因此本实施例仅选用其中一个节气门开度检测电路进行详细解释。
在一实施例中，如图3所示，所述节气门开度采集电路还包括第七电容C7、第八电容C8、第三电阻R3和第四电阻R4，所述传感信号输入端TPS1连接所述第七电容C7的第一端和所述第三电阻R3的第一端，所述传感信号输出端TPS1 AD连接所述第三电阻R3的第二端、所述第四电阻R4的第一端和所述第八电容C8的第一端，所述第七电容C7的第二端、所述第四电阻R4的第二端和所述第八电容C8的第二端接地。
具体地，所述第七电容C7和所述第八电容C8为接地滤波电容，用于去除信号噪声，所述电阻R3和电阻R4为采样电阻。
在一实施例中，所述控制电路包括主控芯片，所述主控芯片包括通信端和PWM信号输出端，所述主控芯片通过所述通信端与所述通信电路电连接，所述PWM信号输出端包括第一PWM信号输出端和第二PWM信号输出端，所述第一PWM信号输出端和所述第二PWM信号输出端分别与所述驱动芯片的第一输入端和第二输入端电连接。
具体地，在一实施例中，如图4所示，所述主控芯片可选用型号为STM32F103RCT6的主控芯片，所述STM32F103RCT6主控芯片的PB10（REN 485）、PA9（UART TXD1）和PA10（UARTRXD1）引脚与所述通信电路电连接，PB4引脚和PB5引脚分别输出用以控制驱动电路的第一PWM信号TIM3CH1和第二PWM信号TIM3CH2，PC5和PA7引脚用于接收所述节气门开度检测电路传递的开度检测信号TPS1 AD和TPS2 AD，NRST引脚为复位引脚，用于主控芯片重启，从而使主控芯片接收到的PID参数信号生效。
在一实施例中，所述通信电路为485串口电路，所述485串口电路包括485芯片，所述485芯片包括数据发送端、数据接收端和控制端，所述数据发送端、数据接收端和控制端与所述控制电路的主控芯片连接；
所述485芯片还包括第一接线端和第二接线端，所述第一接线端和所述第二接线端与所述上位机的对应串口连接。
具体地，如图5所示，所述485芯片的DI引脚为所述数据发送端，对应连接所述主控芯片的UART TXD1端，RO引脚为所述数据接收端，对应连接所述主控芯片的UART RXD1端，RE引脚和DE引脚共同连接至主控芯片的REN 485端作为所述485芯片的控制端，当REN485为高电平时，所述485芯片通过UART TXD1发送数据，当REN485为低电平时，所述485芯片通过UART RXD1芯片接收数据；所述485芯片的第一接线端A与第二接线端B与上位机对应的485串口连接。在一实施例中，所述485芯片可选用型号为SP3485EN的芯片。
在一实施例中，所述485串口电路还包括第五电阻、第一双向稳压二极管、第二双向稳压二极管和第三双向稳压二极管，所述485芯片的第一接线端连接所述第五电阻的第一端、所述第一双向稳压二极管的第一端和所述第二双向稳压二极管的第一端，所述485芯片的第二接线端连接所述第五电阻的第二端、所述第一双向稳压二极管的第二端和所述第三双向稳压二极管的第一端，所述第二双向稳压二极管的第二端和所述第三双向稳压二极管的第二端接地。
具体地，所述485芯片通过VCC引脚外接3.3V电源，C1为电源接地滤波电容；A、B引脚用于连接上位机对应的485串口A线和B线，第五电阻R5为终端电阻用于避免信号反射；双向稳压二极管D1、D2和D3起限压保护作用，例如，可选用型号为SMF5.0CA的双向稳压二极管，用于将A、B引脚对地的电压以及A和B引脚之间的电压限制在5.0V以内，以保护所述485芯片。
根据以上所述的电子节气门PID参数标定教学装置，可以得到一种电子节气门开度的PID控制方法，如图6所示，包括：
在上位机中设置PID参数；
控制电路接收所述PID参数并生成对应的PWM信号用于控制节气门开度；
节气门开度检测电路检测节气门开度，并将开度检测信号通过主处理器实时上传至上位机；
上位机接收开度检测信号并生成曲线进行显示；
将所述开度检测信号曲线和节气门开度目标线进行比较；
更新所述PID参数，得到更新后的PID参数，重复上述步骤得到更新后的开度检测信号曲线。
所述电子节气门开度的PID控制方法以上述的电子节气门PID参数标定教学装置作为硬件基础来实现。
综上所述，本发明提出的电子节气门PID参数标定教学装置通过在上位机上更新发送至控制电路的PID参数，控制电路接收PID参数并发出对应的PWM信号控制节气门开度；控制电路还实时将节气门开度检测电路所检测到的节气门开度信息上传至上位机，上位机将节气门开度信息生成曲线进行显示，便于操作人员将实时的节气门开度和预设的节气门开度目标值进行比较，进而在上位机上修改PID参数以使节气门开度和修改后的PID参数对应，非常直观地展示了PID参数在节气门控制中的作用，适用于中高职院校的汽车相关教学，且提高了PID参数标定效率。
本发明还提出一种电子节气门PID参数标定教学系统，包括以上所述的电子节气门PID参数标定教学装置，所述电子节气门PID参数标定教学系统还包括：
上位机11，具有设定部和显示部；
节气门15。
具体地，上位机的设定部用于设置PID参数，上位机的显示部用于显示开度检测信号曲线和节气门开度目标线。
所述电子节气门PID参数标定教学系统包括以上所述的电子节气门PID参数标定教学装置所有有益效果，在此不做赘述。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围。
Claims (10)
1.一种电子节气门PID参数标定教学装置，应用于电子节气门PID参数标定教学系统，其特征在于，所述电子节气门PID参数标定教学系统包括上位机和节气门，所述电子节气门PID参数标定教学装置包括：
节气门开度检测电路，所述节气门开度检测电路用于检测所述节气门的开度，并输出相应的开度检测信号；
通信电路，所述通信电路用于与所述上位机通信连接，并用于接入所述上位机传来的PID参数信号；
驱动电路，所述驱动电路与所述节气门的受控端连接；
控制电路，所述控制电路用于将所述开度检测信号经所述通信电路上传至所述上位机，以使所述上位机在接收到所述开度检测信号时生成节气门开度曲线并进行显示，所述控制电路用于根据经所述通信电路接收到的所述PID参数信号控制所述驱动电路输出相应的信号驱动所述节气门动作，以使所述节气门的开度与所述PID参数信号对应。
2.如权利要求1所述的电子节气门PID参数标定教学装置，其特征在于，所述控制电路在接收到所述PID参数控制信号后需重启进行PID参数配置，进而再控制所述驱动电路输出相应的信号驱动所述节气门动作。
3.如权利要求1所述的电子节气门PID参数标定教学装置，其特征在于，所述驱动电路包括驱动芯片，所述驱动芯片包括第一输入端和第二输入端，以及第一输出端和第二输出端，所述第一输入端和所述第二输入端用于接收所述控制电路发出的PWM信号，所述第一输出端和所述第二输出端用于根据所述PWM信号输出相应的信号驱动所述节气门动作。
4.如权利要求3所述的电子节气门PID参数标定教学装置，其特征在于，所述驱动电路还包括第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容和第六电容，以及第一电感、第二电感、第一电阻和第二电阻，所述第一输入端和所述第二输入端分别连接所述第一电容的第一端和所述第二电容的第一端，所述第一电容的第二端和所述第二电容的第二端接地，所述第一输出端和所述第二输出端分别连接所述第三电容的第一端和所述第四电容的第一端，所述第三电容的第二端和所述第四电容的第二端接地，所述第一输出端和所述第二输出端分别连接所述第一电感的第一端和所述第二电感的第一端，所述第一电感的第二端和所述第二电感的第二端与所述节气门的受控端连接，所述第一电感的第一端和所述第二电感的第一端还分别连接所述第五电容的第一端和所述第六电容的第一端，所述第五电容的第二端和所述第六电容的第二端分别连接所述第一电阻的第一端和所述第二电阻的第一端，所述第一电阻的第二端和所述第二电阻的第二端接地。
5.如权利要求1所述的电子节气门PID参数标定教学装置，其特征在于，所述节气门开度检测电路包括节气门开度传感器和节气门开度采集电路，所述节气门开度采集电路包括传感信号输入端和传感信号输出端，所述传感信号输入端连接所述节气门开度传感器，所述传感信号输出端连接所述控制电路。
6.如权利要求5所述的电子节气门PID参数标定教学装置，其特征在于，所述节气门开度采集电路还包括第七电容、第八电容、第三电阻和第四电阻，所述传感信号输入端连接所述第七电容的第一端和所述第三电阻的第一端，所述传感信号输出端连接所述第三电阻的第二端、所述第四电阻的第一端和所述第八电容的第一端，所述第七电容的第二端、所述第四电阻的第二端和所述第八电容的第二端接地。
7.如权利要求3所述的电子节气门PID参数标定教学装置，其特征在于，所述控制电路包括主控芯片，所述主控芯片包括通信端和PWM信号输出端，所述主控芯片通过所述通信端与所述通信电路电连接，所述PWM信号输出端包括第一PWM信号输出端和第二PWM信号输出端，所述第一PWM信号输出端和所述第二PWM信号输出端分别与所述驱动芯片的第一输入端和第二输入端电连接。
8.如权利要求1所述的电子节气门PID参数标定教学装置，其特征在于，所述通信电路为485串口电路，所述485串口电路包括485芯片，所述485芯片包括数据发送端、数据接收端和控制端，所述数据发送端、数据接收端和控制端与所述控制电路的主控芯片连接；
所述485芯片还包括第一接线端和第二接线端，所述第一接线端和所述第二接线端与所述上位机的对应串口连接。
9.如权利要求8所述的电子节气门PID参数标定教学装置，其特征在于，所述485串口电路还包括第五电阻、第一双向稳压二极管、第二双向稳压二极管和第三双向稳压二极管，所述485芯片的第一接线端连接所述第五电阻的第一端、所述第一双向稳压二极管的第一端和所述第二双向稳压二极管的第一端，所述485芯片的第二接线端连接所述第五电阻的第二端、所述第一双向稳压二极管的第二端和所述第三双向稳压二极管的第一端，所述第二双向稳压二极管的第二端和所述第三双向稳压二极管的第二端接地。
10.一种电子节气门PID参数标定教学系统，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的电子节气门PID参数标定教学装置，所述电子节气门PID参数标定教学系统还包括：
上位机，具有设定部和显示部；以及节气门。
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