CN212850526U - 一种远距离多种通信方式的数据传输装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及嵌入式系统及远距离通信技术领域。目的是提供一种远距离多种通信方式的数据传输装置,该装置具有抗干扰能力好,兼容性强的特点。技术方案是:一种远距离多种通信方式的数据传输装置,其特征在于:包括用于连接传感器的IIC接口模块、用于发送传感器数据的数据发送端、用于接收传感器数据的数据接收端、用于储存传感器数据的FLASH存储模块、用于显示传感器数据的LCD显示模块以及用于连接具有485通信协议的设备的485接口模块;所述数据发送端包括发送端控制电路模块、发送端电源电路模块以及从站发送电路模块;所述数据接收端包括接收端控制电路模块、接收端电源电路模块以及主站接收电路模块。
Description
技术领域
本实用新型涉及嵌入式系统及远距离通信技术领域,具体是一种远距离多种通信方式的数据传输装置。
背景技术
在一些工况场景下,传感器搜集到的数据需要远距离传输,存在以下问题:
1、串行通信工作场所多处于强电/户外等复杂环境,并且通信各方间距离一般较长,因此易受干扰。串行通信,波特率一定时,数据位的传输时间相对较短,由于串行通信的数据位采样/获取特点,位信息受干扰,整个字节数据就是错误信息。
2、供电电源产生的系统噪声:串行通信依赖于串行通信芯片,由于芯片的设计工艺与制作水平,对输出电平的噪声控制参差不齐。产生输出电平的噪声包括数字逻辑中供电电源和器件自身的稳定性。通信中,供电电源的纹波无可避免的会加载到通信线路中。纹波较大时,容易引发串行通信的错误。
3、通信方式单一,装置兼容性不足。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服上述背景技术的不足,提供一种远距离多种通信方式的数据传输装置,该装置具有抗干扰能力好,兼容性强的特点。
本实用新型提供的技术方案是:
一种远距离多种通信方式的数据传输装置,其特征在于:包括用于连接传感器的IIC接口模块、用于发送传感器数据的数据发送端、用于接收传感器数据的数据接收端、用于储存传感器数据的FLASH存储模块、用于显示传感器数据的LCD显示模块以及用于连接具有485通信协议的设备的485接口模块;所述数据发送端包括发送端控制电路模块、发送端电源电路模块以及从站发送电路模块;所述数据接收端包括接收端控制电路模块、接收端电源电路模块以及主站接收电路模块;
所述IIC接口模块、发送端电源电路模块和从站发送电路模块分别与发送端控制电路模块连接;所述发送端电源电路模块与从站发送电路模块连接,以便由从站发送电路模块向发送端电源电路模块供电;
所述接收端电源电路模块、FLASH存储模块、LCD显示模块以及485接口模块分别与接收端控制电路模块连接;所述从站发送电路模块与主站接收电路模块之间通过POWERBUS通讯技术进行数据的远距离传输。
所述发送端控制电路模块包括发送端控制芯片U2、第三电容C3、第四电容C4、第五电阻R5和第六电阻R6;U2的VDDA引脚、VDD引脚分别与发送端电源电路模块连接,以便由发送端电源电路模块提供工作电压;U2的VSS引脚接地;U2的PA2引脚、PA3引脚分别与从站发送电路模块连接;C3与C4并联,并且C3与C4的其中一个公共端连接U2的VDD引脚,C3与C4的另一个公共端连接U2的VSS引脚;R5一端与发送端电源电路连接,R5另一端与U2的PA10引脚连接;R6一端与发送端电源电路连接,R6另一端与U2的PA9引脚连接。
所述IIC接口模块包括IIC接口P1;其中P1的SDA端口与U2的PA10引脚连接,P1的SCL端口与U2的PA9引脚连接。
所述从站发送电路模块包括二总线从站芯片U4以及用于驱动二总线从站芯片的从站驱动电路;所述二总线从站芯片U4的型号采用PB331芯片。
所述发送端电源电路模块包括第三稳压芯片U3和第四稳压芯片VR1;所述第三稳压芯片U3的型号采用LM2576SX芯片;所述第四稳压芯片VR1的型号采用SPX1117M3芯片;U3的VIN引脚与从站驱动电路连接,以便由从站发送电路模块向发送端电源电路模块输入外部电源;VR1的VOUT引脚作为电压输出端,为发送端控制芯片U2提供3.3V的工作电压。
所述接收端控制电路模块包括接收端控制芯片U10以及用于驱动接收端控制芯片U10的驱动电路;U10的PA9引脚、PA10引脚分别与主站接收电路模块连接;U10的PD8引脚、PD9引脚分别与LCD显示模块连接;U10的PC10~PC12引脚分别与485接口模块连接;U10的PB9引脚、PB10引脚、PB14引脚以及PB15引脚分别与FLASH存储模块连接。
所述主站接收电路模块包括二总线主站芯片U7以及用于驱动二总线主站芯片U7的主站驱动电路;所述二总线主站芯片U7的型号采用EV620芯片;U7的V+引脚与外部24V电压连接;U7通过BUS端口J1与U4进行数据的远距离传输。
所述接收端电源电路模块包括第一稳压芯片LM1、第二稳压芯片LM2和第五稳压芯片U5;所述第一稳压芯片LM1和第二稳压芯片LM2的型号均采用LM2576SX芯片;所述第五稳压芯片U5的型号采用SPX1117M3;LM1的+VIN引脚与U7的V+引脚连接,以便与外部24V电压连接;U5的VOUT引脚作为电压输出端,为接收端控制芯片U10提供3.3V的工作电压。
所述485接口模块包括+3.3V低功率半双工收发器U6以及485接口P3;P3通过收发器U6与接收端控制芯片U10连接;所述收发器U6的型号采用sp3485收发器。
所述LCD显示模块采用的屏幕型号为SDWe070C01组态屏;所述FLASH存储模块采用的存储器型号为FM25CL64存储器。
本实用新型的有益效果是:
本实用新型在满足传统串口通信的基础上,简化了远距离传输线路,二总线能同时传输数据和提供电源,优化了远距离传输数据的稳定性,提供了高通讯抗干扰能力;另外数据接收端还集成了485接口模块,增加了装置对于具有485通信协议设备的兼容性。
附图说明
图1为本实用新型的结构框图。
图2为发送端控制电路模块与IIC接口模块的电路原理图。
图3为发送端电源电路模块的电路原理图。
图4为从站发送电路模块的电路原理图。
图5为接收端控制电路模块的电路原理图。
图6为主站接收电路模块的电路原理图。
图7为接收端电源电路模块的电路原理图。
图8为485接口模块的电路原理图。
图9为FLASH存储模块的电路原理图。
图10为LCD显示模块的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图所示的实施例进一步说明。
如图1所示的远距离多种通信方式的数据传输装置,包括用于连接传感器的IIC接口模块、用于发送传感器数据的数据发送端、用于接收传感器数据的数据接收端、用于储存传感器数据的FLASH存储模块、用于显示传感器数据的LCD显示模块以及用于连接具有485通信协议的设备的485接口模块;
所述数据发送端包括发送端控制电路模块、发送端电源电路模块以及从站发送电路模块;所述数据接收端包括接收端控制电路模块、接收端电源电路模块以及主站接收电路模块;
所述IIC接口模块、发送端电源电路模块和从站发送电路模块分别与发送端控制电路模块连接;所述发送端电源电路模块与从站发送电路模块连接,以便由从站发送电路模块向发送端电源电路模块供电;
所述接收端电源电路模块、FLASH存储模块、LCD显示模块以及485接口模块分别与接收端控制电路模块连接;所述从站发送电路模块与主站接收电路模块之间通过POWERBUS通讯技术进行数据的远距离传输。
各模块的具体电路结构如下:
如图2所示,所述发送端控制电路模块包括发送端控制芯片U2、第三电容C3、第四电容C4、第五电阻R5和第六电阻R6。作为优选,发送端控制芯片U2的型号采用STM32F030F4P6芯片。U2的VDDA引脚、VDD引脚分别连接3.3V的工作电压;U2的VSS引脚接地;U2的PA2引脚作为TX端口与从站发送电路模块连接;U2的PA3引脚作为RX端口与从站发送电路模块连接;C3与C4并联,并且C3与C4的其中一个公共端连接U2的VDD引脚,C3与C4的另一个公共端连接U2的VSS引脚;R5一端连接3.3V的工作电压,R5另一端与U2的PA10引脚连接;R6一端连接3.3V的工作电压,R6另一端与U2的PA9引脚连接。上述3.3V的工作电压均由发送端电源电路模块提供。由于发送端控制电路模块中的第三电容C3和第四电容C4均为去耦电容,可为电路提供较稳定的电源,同时也可以降低元件耦合到电源端的噪声,间接可以减少其他元件受此元件噪声的影响,还可以把前级携带的高频杂波滤除,把输出信号的干扰作为滤除对象,起到抗干扰的作用,从而提高信号传输的抗干扰能力和稳定性。
如图2所示,所述IIC接口模块包括IIC接口P1;其中P1的SDA端口与U2的PA10引脚连接,P1的SCL端口与U2的PA9引脚连接。由于P1的SDA端口、SCL端口分别外接有一上拉电阻(即R5、R6),可提高输出的高电平值,当采用软件模拟IIC通信时具有更好的传输效果。
如图4所示,所述从站发送电路模块包括二总线从站芯片U4以及用于驱动二总线从站芯片的从站驱动电路。作为优选,所述二总线从站芯片U4的型号采用PB331芯片。U4的VCC引脚连接+5V的工作电压(由发送端电源电路模块提供);U4的UTX引脚作为RX端口与U2的PA3引脚连接;U4的URX引脚作为TX端口与U2的PA2引脚连接;U4的GND引脚接地;U4的PI引脚作为PI端口与从站驱动电路连接;U4的PO引脚作为PO端口与从站驱动电路连接。
所述从站驱动电路包括BUS端口J1、第一电容C1、第二电容C2、整流桥T1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、三极管T2、第一二极管D1和第一电解电容E1。作为优选,整流桥T1的型号采用MB6S整流桥;三极管T2的型号采用MMBT05三极管;二极管D1的型号采用US1M二极管。T1的两个交流输入端分别与J1的两个引脚连接;C1一端与T1的其中一个交流输入端连接,另一端与T1的直流输出负极连接;C2一端与T1的另一个交流输入端连接,另一端与T1的直流输出负极连接;T1的直流输出正极与D1的正极连接;T1的直流输出负极接地。E1的正极与D1的负极连接,E1的负极接地。R1一端与T1的直流输出正极连接,另一端与U4的PI引脚连接;R3一端与U4的PI引脚连接,另一端接地。R4一端与T2的发射极连接,另一端接地;R2一端与T2的基极连接,另一端U4的PO引脚连接;T2的集电极与T1的直流输出正极连接。
如图3所示,所述发送端电源电路模块包括第三稳压芯片U3、第四稳压芯片VR1、第三电解电容E3、第二二极管D2、第一电感L1、第二电解电容E2、第七电容C7和第八电容C8。作为优选,第三稳压芯片U3的型号采用LM2576SX芯片;第四稳压芯片VR1的型号采用SPX1117M3芯片;第二二极管D2的型号采用SS54二极管。U3的VIN引脚与E1的正极连接,以便由从站发送电路模块向发送端电源电路模块输入外部电源;U3的ON/OFF引脚以及GND引脚均接地;E3的正极与U3的VIN引脚连接,E3的负极接地;D2的正极接地,D2的负极与U3的OUT引脚连接;L1一端与U3的OUT引脚连接,另一端与U3的FB引脚连接;E2的正极与U3的FB引脚连接,E2的负极接地。VR1的VIN引脚与U3的FB引脚连接;VR1的VOUT引脚输出3.3V电压,以便为发送端控制芯片U2提供工作电压;C7一端与VR1的VIN引脚连接,另一端接地;C8一端与VR1的VOUT引脚连接,另一端接地。发送端电源电路模块起到降压稳压的作用,使得外部24v电压分别通过U3、VR1电路后降压为3.3v,从而为发送端控制芯片U2供电。
如图5所示,所述接收端控制电路模块包括接收端控制芯片U10以及用于驱动接收端控制芯片U10的接收端控制芯片驱动电路;作为优选,接收端控制芯片U10的型号采用STM32F407VET6芯片。U10的VREF+引脚连接3.3V的工作电压;U10的PA9引脚作为USART1-TX端口与主站接收电路模块连接;U10的PA10引脚作为USART1-RX端口与主站接收电路模块连接;U10的PD8引脚作为USART3-TX端口与LCD显示模块连接;U10的PD9引脚作为USART3-RX端口与LCD显示模块连接;U10的PC10引脚作为USART4-TX端口与485接口模块连接;U11的PC11引脚作为USART4-RX端口与485接口模块连接;U12的PC12引脚作为USART4-RD端口与485接口模块连接;U10的PB9引脚作为SPI2-CS端口与FLASH存储模块连接;U10的PB10引脚作为SPI2-SCK端口与FLASH存储模块连接;U10的PB14引脚作为SPI2-MISO端口与FLASH存储模块连接;U10的PB15引脚作为SPI2-MOSI端口与FLASH存储模块连接;U10的VBAT引脚、VDD引脚、VDDA引脚分别连接3.3V的工作电压。上述3.3V的工作电压均由接收端电源电路模块提供。
所述接收端控制芯片驱动电路包括第十五电阻R15、第十五电容C15、第十二电阻R12、第十一电容C11、第十二电容C12、第十三电容C13和第十四电容C14。R15一端与U10的BOOP/VPP引脚连接,另一端接地;C15一端与U10的VREF+引脚连接,另一端接地;R12一端与U10的PE15引脚连接,另一端接地;C11一端与U10的VCAP-1引脚连接,另一端接地;C12一端与U10的VCAP-2引脚连接,另一端接地;C13与C14并联,并且C13与C14的其中一个公共端与U10的VSSA引脚连接,C13与C14的另一个公共端与U10的VDDA引脚连接。
如图6所示,所述主站接收电路模块包括二总线主站芯片U7以及用于驱动二总线主站芯片U7的主站驱动电路;作为优选,二总线主站芯片U7的型号采用EV620芯片。U7的VCC引脚连接12V的工作电压(由接收端电源电路模块提供);U7的GND引脚接地;U7的V+引脚与外部24V电压连接;U7的RX引脚与U10的PA9引脚连接;U7的TX引脚与U10的PA10引脚连接。U7通过BUS端口J1与U4进行数据的远距离传输。
所述主站驱动电路包括第六电解电容E6、场效应管Q2、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第三三极管Q3、第四三极管Q4以及稳压二极管D4;作为优选,第四三极管Q4采用MJD127达林顿管。E6的正极与U7的V+引脚连接,E6的负极接地;R22一端与U7的BAUD引脚连接,另一端接地;R19的一端与U7的BH引脚连接,另一端与Q2的栅极连接;Q2的漏极与U7的V+引脚连接;Q2的源极与U7的L+引脚连接;Q3的发射极与U7的L+引脚连接;Q3的集电极与Q4的基极连接;R20一端与Q3的基极连接,另一端与Q4的发射极连接;Q4的集电极接地;R21一端与Q4的发射极连接,另一端与J1的引脚1连接;D4的正极接地,D4的负极与J1的引脚2连接。工作时,U7与U4之间通过J1端口进行数据的远距离传输。二总线从站芯片U4从端口J1输出的数据通过POWERBUS技术,采用电压发送、电流信号回传的方式将数据发送至二总线主站芯片U7,提供了高通讯抗干扰能力;同时主站接收电路模块通过J1为从站发送电路模块供电。
如图7所示,所述接收端电源电路模块包括第一稳压芯片LM1、第二稳压芯片LM2、第五稳压芯片U5、第七电解电容E7、第二电感L2、第八电解E8、第五二级管1N1、第三电感L3、第六二级管1N2、第五电解电容E5、第十五电容C15、第十六电容C16、第十七电容C17和第十八电容C18。作为优选,第一稳压芯片LM1和第二稳压芯片LM2的型号均采用LM2576SX芯片;所述第五稳压芯片U5的型号采用SPX1117M3;第五二级管1N1和第六二级管1N2均采用5819二极管。LM1的+Vin引脚与U7的V+引脚连接,以便与外部24V电压连接;LM1的GND引脚、On/Off引脚均接地;E7的正极与LM1的+Vin引脚连接;E7的负极接地;1N1的正极接地,1N1的负极与LM1的Output引脚连接;L2的一端与LM1的Output引脚连接,另一端与LM1的Feedback引脚连接;E8的正极与LM1的Feedback引脚连接,E8的负极接地。LM2的+Vin引脚与LM1的Feedback引脚连接;LM2的GND引脚、On/Off引脚均接地;1N2的正极接地,1N2的负极与LM2的Output引脚连接;L3的一端与LM2的Output引脚连接,另一端与LM2的Feedback引脚连接;E5的正极与LM2的Feedback引脚连接,E5的负极接地。U5的VIN引脚与LM2的Feedback引脚连接;U5的GND引脚接地;U5的VOUT引脚作为电压输出端,为接收端控制芯片U10提供3.3V的工作电压。C15一端接地,另一端与U5的VIN引脚连接;C16一端接地,另一端与U5的VIN引脚连接;C17一端接地,另一端与U5的VOUT引脚连接;C18一端接地,另一端与U5的VOUT引脚连接。工作时,24V电压通过两个LM2596芯片(即LM1、LM2)降压稳压电路降为5V后,再经SPX1117低功率正电压调节器(即U5)调节为3.3V电压,从而为接收端控制芯片U10提供工作电压。
如图8所示,所述485接口模块包括+3.3V低功率半双工收发器U6、485接口P3、第二十一电容C21、第十六电阻R16、第十七电阻R17和第十八电阻R18。作为优选,收发器U6的型号采用sp3485收发器。U6的RO引脚与U10的PC11引脚连接;U6的RE引脚、DE引脚分别与U10的PC12引脚连接;U6的DI引脚与U10的PC10引脚连接;U6的GND引脚接地;U6的VCC引脚连接3.3V的工作电压;C21一端与U6的VCC引脚连接,另一端接地;R16一端与U6的B引脚连接,另一端接地;R17一端与U6的A引脚连接,另一端与U6的B引脚连接;R18一端与U6的A引脚连接,另一端接3.3V的工作电压;P3的引脚1与U6的B引脚连接,P3的引脚3与U6的A引脚连接,P3的引脚2接地。上述3.3V的工作电压均由接收端电源电路模块提供。由于U6的A、B引脚间接入了终端电阻(即R16、R17和R18),可保证数据远距离传输的可靠性;另外,由于数据接收端集成了485接口模块,大大增加了装置对于具有485通信协议设备的兼容性。
如图9所示,所述FLASH存储模块包括存储器U8和第十电容C10;作为优选,存储器U8的型号采用FM25CL64存储器。U8的CS引脚与U10的PB9引脚连接;U8的SO引脚与U10的PB14引脚连接;U8的SCK引脚与U10的PB10引脚连接;U8的SI引脚与U10的PB15引脚连接;U8的WP引脚连接3.3V的工作电压;U8的VSS引脚接地;U8的VDD引脚、HOLD引脚分别连接3.3V的工作电压;C10一端连接U8的VDD引脚,另一端接地。上述3.3V的工作电压均由接收端电源电路模块提供。工作时,接收端控制芯片U10将接收到的传感器数据存储至存储器U8。
如图10所示,所述LCD显示模块包括显示屏接口P1、第九电容C9和第九电解电容E9;作为优选,LCD显示模块采用的屏幕型号为SDWe070C01组态屏。P1的引脚1接地;P1的引脚4与U10的PD8引脚连接;P1的引脚5与U10的PD9引脚连接;P1的引脚7和引脚8均连接5V的工作电压(由接收端电源电路模块提供);C9一端与P1的引脚8连接,另一端接地;E1的正极与P1的引脚8连接,E1的负极接地。工作时,接收端控制芯片U10将数据接收后,将数据传输至LCD显示模块的屏幕上进行显示。
Claims (10)
1.一种远距离多种通信方式的数据传输装置,其特征在于:包括用于连接传感器的IIC接口模块、用于发送传感器数据的数据发送端、用于接收传感器数据的数据接收端、用于储存传感器数据的FLASH存储模块、用于显示传感器数据的LCD显示模块以及用于连接具有485通信协议的设备的485接口模块;所述数据发送端包括发送端控制电路模块、发送端电源电路模块以及从站发送电路模块;所述数据接收端包括接收端控制电路模块、接收端电源电路模块以及主站接收电路模块;
所述IIC接口模块、发送端电源电路模块和从站发送电路模块分别与发送端控制电路模块连接;所述发送端电源电路模块与从站发送电路模块连接,以便由从站发送电路模块向发送端电源电路模块供电;
所述接收端电源电路模块、FLASH存储模块、LCD显示模块以及485接口模块分别与接收端控制电路模块连接;所述从站发送电路模块与主站接收电路模块之间通过POWERBUS通讯技术进行数据的远距离传输。
2.根据权利要求1所述的远距离多种通信方式的数据传输装置,其特征在于:所述发送端控制电路模块包括发送端控制芯片U2、第三电容C3、第四电容C4、第五电阻R5和第六电阻R6;U2的VDDA引脚、VDD引脚分别与发送端电源电路模块连接,以便由发送端电源电路模块提供工作电压;U2的VSS引脚接地;U2的PA2引脚、PA3引脚分别与从站发送电路模块连接;C3与C4并联,并且C3与C4的其中一个公共端连接U2的VDD引脚,C3与C4的另一个公共端连接U2的VSS引脚;R5一端与发送端电源电路连接,R5另一端与U2的PA10引脚连接;R6一端与发送端电源电路连接,R6另一端与U2的PA9引脚连接。
3.根据权利要求2所述的远距离多种通信方式的数据传输装置,其特征在于:所述IIC接口模块包括IIC接口P1;其中P1的SDA端口与U2的PA10引脚连接,P1的SCL端口与U2的PA9引脚连接。
4.根据权利要求3所述的远距离多种通信方式的数据传输装置,其特征在于:所述从站发送电路模块包括二总线从站芯片U4以及用于驱动二总线从站芯片的从站驱动电路;所述二总线从站芯片U4的型号采用PB331芯片。
5.根据权利要求4所述的远距离多种通信方式的数据传输装置,其特征在于:所述发送端电源电路模块包括第三稳压芯片U3和第四稳压芯片VR1;所述第三稳压芯片U3的型号采用LM2576SX芯片;所述第四稳压芯片VR1的型号采用SPX1117M3芯片;U3的VIN引脚与从站驱动电路连接,以便由从站发送电路模块向发送端电源电路模块输入外部电源;VR1的VOUT引脚作为电压输出端,为发送端控制芯片U2提供3.3V的工作电压。
6.根据权利要求5所述的远距离多种通信方式的数据传输装置,其特征在于:所述接收端控制电路模块包括接收端控制芯片U10以及用于驱动接收端控制芯片U10的驱动电路;U10的PA9引脚、PA10引脚分别与主站接收电路模块连接;U10的PD8引脚、PD9引脚分别与LCD显示模块连接;U10的PC10~PC12引脚分别与485接口模块连接;U10的PB9引脚、PB10引脚、PB14引脚以及PB15引脚分别与FLASH存储模块连接。
7.根据权利要求6所述的远距离多种通信方式的数据传输装置,其特征在于:所述主站接收电路模块包括二总线主站芯片U7以及用于驱动二总线主站芯片U7的主站驱动电路;所述二总线主站芯片U7的型号采用EV620芯片;U7的V+引脚与外部24V电压连接;U7通过BUS端口J1与U4进行数据的远距离传输。
8.根据权利要求7所述的远距离多种通信方式的数据传输装置,其特征在于:所述接收端电源电路模块包括第一稳压芯片LM1、第二稳压芯片LM2和第五稳压芯片U5;所述第一稳压芯片LM1和第二稳压芯片LM2的型号均采用LM2576SX芯片;所述第五稳压芯片U5的型号采用SPX1117M3;LM1的+VIN引脚与U7的V+引脚连接,以便与外部24V电压连接;U5的VOUT引脚作为电压输出端,为接收端控制芯片U10提供3.3V的工作电压。
9.根据权利要求8所述的远距离多种通信方式的数据传输装置,其特征在于:所述485接口模块包括+3.3V低功率半双工收发器U6以及485接口P3;P3通过收发器U6与接收端控制芯片U10连接;所述收发器U6的型号采用sp3485收发器。
10.根据权利要求9所述的远距离多种通信方式的数据传输装置,其特征在于:所述LCD显示模块采用的屏幕型号为SDWe070C01组态屏;所述FLASH存储模块采用的存储器型号为FM25CL64存储器。
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