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1、精品学习资源论文题目： 基于 MSP430 地温度采集系统设计摘 要温度地采集和掌握在各个行业中都占有重要位置，所以温度采集掌握外表具有广泛地应用前景，越来越多地领域应用到以单片机为掌握核心，用液晶以及LED 数码管为显示终端地数字化掌握设备，通过单片机对被控对象进行智能掌握.本设计采纳 MSP430F149 微处理器为核心处理器，以DS18B20 温度传感器采集实现温度信息地采集和处理，并能实时显示温度信息，并能对温度上下限进行掌握，通过键盘设定报警温度，高于或低于报警温度，系统报警.系统硬件由电源及复位模块、温度采集模块、键盘输入模块、显示模块和报警模块六部分组成，软件采纳模块化编程思想，
2、采纳C51编程语言实现系统功能.通过搭建测试环境，对该系统进行功能测试和指标测试，测试结果说明，该系统地测试结果与实际环境温度相符合，并且温度报警也比较灵敏，除了具有接口电路简洁、测量精度高、误差小、牢靠性高等特点外，其低成本、低功耗地特点使其拥有更宽阔地前景 .【关键词】 MSP430F149 ，温度掌握仪（键盘）， DS18B20 ， LED 数码管 .【论文类型】应用型Thesis:MSP430-basedtemperatureacquisitionsystemdesign Profession:ElectronicandInformationEngineering Students:
3、Wang YongfeiSignature ：Instructor: Zhang XiaoliSignature ：AbstractAcquisitionand control of the temperature occupy an importantposition in various industries, so the temperature acquisition and control instrumentation has broad application prospects, more and more areas欢迎下载精品学习资源of application to co
4、ntrol core microcontroller,LCD and LEDdigital tube display terminal of the digital controlequipment,andintelligentcontrolofthecontrolledobjectbythemicrocontroller.This design uses the MSP430F149 microprocessor as the core processor, DS18B20 temperature sensorcollected temperature informationacquisit
5、ion and processing, and real-time display and control.Via the keyboard to set the alarm temperature, higher or lower than the alarm temperature, the system alarm. This article focuses on the hardware and software programming of the system design process. The hardware has six parts: the power and res
6、et module, the temperature acquisitionmodule, the keyboard input module, display module and alarm module.Up the test environment, the system functional tests and indicators for testing, test results show thatthe test results is consistent with the actual ambient temperature and the temperature alarm
7、 is also more sensitive in addition to the interface circuit is simple, high accuracy, error , high reliability, low-cost, lowpower consumption make it more broad prospects.【Key words 】 MSP430F149, the temperature control device keyboard, DS18B20, LED digital tube.【Type of Thesis】 Application目 录1 绪
8、论 .0.1.1 课题讨论目地及意义 .0.1.2 课题主要讨论内容及指标 .1.2 测温系统总体设计 .1.2.1 系统工作原理 .1.2.2 系统工作流程 .2.2.3 系统核心器件选型 .2.2.4 MSP430F149单片机 .2.2.5 单线数字温度传感器 DS18B20 .4.3 测温系统地硬件设计 .5.3.1 电源及复位模块设计 .5.3.2 LED 显示模块设计 .6.3.3 键盘输入模块设计 .7.欢迎下载精品学习资源3.4 温度采集模块设计 .8.3.5 温度报警模块设计 .9.4 测温系统地软件设计 1.0.4.1 系统软件结构及流程图 .1 04.2 LED 显示模块
9、程序设计 1.3.4.3 键盘输入模块程序设计 .1 34.4 温度采集模块程序设计 .1 44.5 报警模块程序设计 1.4.4.6 主模块程序设计 1.5.5 系统测试 .1 5.5.1 系统硬件调试 .1 5.5.2 系统软件调试 .1 5.5.2.1 IAR 开发环境简介 .1 55.2.2 软件调试 .1 6.5.2.3 两部分间地联合调试 .1 65.3 系统结果测试 .1 6.6 总结与展望 .1 8.6.1 总结 .1 8.6.2 展望 .1 8.致 谢错. 误！未定义书签；参 考 文 献1.9.附录 仿真图1.9.附录 原理图2.0.附录 实物图2.3.附录JTAG 仿真器原
10、理图2.4欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源1 绪 论随着电子产业地飞速进展，人类地生活也带来了一场根本性变革，特殊是大规模集成电路地产生，将人类社会带入了一个新地时代.单片机技术由于功能多样化，高牢靠性和高性价比，在工业掌握，智能化外表，家用电器等方面得到了很广泛地应用.温度是表征物体冷热程度地物理量，它与人类生活、工农业生产和科学讨论有着亲密关系.随着科学技术水平地不断提高，温度测量技术也得到了不断地进展 .为了确知某一测试对象地温度 ,我们经常要借助各种外表和各种手段来获得各种各样地测量结果 . 但这些 数据中包含有变换误差 ,设备误差以及在传输过程中引入地各种干扰所造成地误差等
11、. 传统靠人工掌握地温度外围电路比较复杂，测量精度较低，需进行温度校准且它们地体积较大，使用不够便利，更重要地是参数地设定需要有其它外表地参与 ,外界设备多 ,成本高 , 因而越来越适应不了社会地要求.在对多类型，多通道信号同时进行检测和掌握中 ,传统地测控系统才能有限.如何将运算机与各种设施、设备结合，简化人工操作并实现 自动掌握，满意社会地需求，成为一个很迫切地问题.1.1 课题讨论目地及意义温度采集与掌握是现代检测技术地重要组成部分，在保证产品质量，节省能源和安全生产等方面起着关键地作用 .随着科学技术地进展，由单片集成电路构成地温度传感器地种类越来越多,测量地精度越来越高 ,响应时间越
12、来越短 ,因其使用便利 ,无需变换电路等特点已经得到了广泛地应用,例如 :以前常用地 AD590和 LM35等,以及现在得到广泛应用地 DSl820, DS1821和 DS18B20 等.利用智能化数字式温度传感器以实现温度信息地在线检测，已成为温度检测技术地一种进展趋势.其应用领域越来越广泛 .无论在国外仍是国内，传感器适用范畴和应用领域正在快速扩大.本文设计地温度采集报警系统采纳具有低功耗地 MSP430 单片机为主芯片，并利用其自带地A/D 转换，温度采集使用单线数字温度传感器 DS18B20 来实现，显示温度地精度可达 0.1 度，该显示温度由 LED 数码管来显示，温度上下限可由不同
13、环境来自行设置 .这种由单总线地 DS18B20 温度传感器由于使用简洁便利，也越来越得到人们亲睐 .温度是工业生产中常见和最基本地参数之一，在生产过程中常需对温度进行监控.采纳单片机进行温度检测、数字显示、信息储备及实时掌握.对于提高企业生产效率和产品质量、节省能源等都 有重要地作用，温度采集在工业生产，科学讨论中和人们地生活领域中都占有很重要地位置，温度掌握失误就会引起生产安全，产品质量，产品产量等一系列问题.为此，我们设计了一种采纳MSP430 单片机和 DS18B20 温度传感器掌握地温度采集系统. 采纳这种设计地温度采集系统，可进行温度检测、数字显示、信息储备及实时掌握，对于提高企业
14、生产效率节省能源、资源都有重要地作用，具有很大地进展前景.通过本课题地讨论与设计，同学独立完成基于MSP430 单片机地硬件设计与软件开发，使其熟识利用单片机进行系统开发地过程，把握系统设计地基本方法，增强同学实欢迎下载精品学习资源际动手才能 .1.2 课题主要讨论内容及指标本课题主要是设计一种基于MSP430 单片机地温度采集报警系统，包括硬件和软件地设计部分.在分析了单线数字温度传感器DS18B20 地测温原理地基础上，设计温度采集电路，键盘输入电路， 报警以及 LED 数码管显示电路 .然后通过编写各电路地程序，最终完成课设要求.主要技术指标： DS18B20 测温范畴为 -55 C 到
15、+125C 之间，精度为0.1 C； MSP430F149 单片机采纳 2 个时钟输入，一个32.768KHZ地时钟信号，一个8MHZ 地时钟信号 .采纳 150ns 地时钟周期， 12 位地 A/D 转换器 .2 测温系统总体设计2.1 系统工作原理该系统主要由 5 大模块组成，其中包括DS18B20 温度传感器， MSP430F149 微掌握器， LED 显示模块， 4X4 矩阵键盘输入模块，报警模块5 大部分组成 .由温度传感器负责数据采集，经微处理器转换后由 LED 显示模块输出，同时由键盘模块负责输入温度报警地上下限.当到达设定地温度限定值时就报警 .其组成框图如下所示：图 2.1
16、组成框图欢迎下载精品学习资源2.2 系统工作流程第一依据所需设定温度报警地上下限值，然后由温度传感器进行温度数据地采集，当微处理器检测到温度超过设定地范畴值时就实行报警.2.3 系统核心器件选型MSP430F149单片机， DS18B20 温度传感器， 1 个四位八段LED 和 1 个二位八段LED 数码显示管， 4x4 矩阵键盘.2.4 MSP430F149单片机MSP430 地简介 MSP430 系列单片机是美国德州仪器（TI） 1996 年开头推向市场地一种16 位超 低 功耗、具有精简指令集（RISC）地混合信号处理器 Mixed Signal Processor.MSP430 地功能
17、特性低电源电压范畴：1.8V 至 3.6V 超低功耗 .主动模式： 400 微安在 1MHz ， 2.2V.待机模式： 2.5 微安.关闭模式（ RAM 保持）： 0.35 微安.有 5 种省电模式，唤醒在不到6 微秒从待机模式 16 位 RISC 架构，扩展内存，125ns 指令周期时间，三通道内部DMA12 位 A/D转换器具有内部参考，采样保持和自动扫描功能，16 位 3 路TimerA 比较寄存器， 16 位 7 路 TamerB 比较寄存器，电源电压监控器可编程电平检测，串行通信接口（ USART1地），挑选异步UART 或同步 SPI 地软件通用串行通信接口.增强型 UART 支持
18、自动波特率检测 IrDA 编码器和解码器同步，处理才能强.MSP430 系列单片机是一个16 位地单片机，采纳了精简指令集（RISC ）结构，具有丰富地寻址方式（ 7 种源操作数寻址、4 种目地操作数寻址）、简洁地27 条内核指令以及大量地模拟指令； 大量地寄存器以及片内数据储备器都可参与多种运算；仍有高效地查表处理指令.这些特点保证了可编制出高效率地源程序.MSP430 主要特点如下：1） 运算速度快MSP430 系列单片机能在 25MHz 晶体地驱动下，实现40ns 地指令周期 .16 位地数据宽度、 40ns 地指令周期以及多功能地硬件乘法器（能实现乘加运算）相协作，能实现数字信号处理地
19、某些算法（如FFT 等） .2）超低功耗 其在降低芯片地电源电压和敏捷而可控地运行时钟方面都有其独到之处.第一， MSP430 系列单片机地电源电压采纳地是1.8-3.6V 电压.因而可使其在1MHz 地时钟条欢迎下载精品学习资源件下运行时，芯片地电流最低会在165A左右 RAM 保持模式下地最低功耗只有0.1 A.其次，特殊地时钟系统设计.在 MSP430 系列中有两个不同地时钟系统：基本时钟系统、锁频环 （ FLL和 FLL+ ） 时 钟 系 统 和 DCO数 字 振 荡 器 时 钟 系 统 . 可 以 只 使 用 一 个 晶 体 振 荡 器（ 32768Hz ），也可以使用两个晶体振荡器
20、.由系统时钟系统产生CPU 和各功能所需地时钟.并且这些时钟可以在指令地掌握下，打开和关闭，从而实现对总体功耗地掌握.3） 片内资源丰富MSP430 系列单片机地各系列都集成了较丰富地片内外设.它们分别是看门 狗 、 模 拟 比 较 器 A 、 定 时 器 A0 （ Timer_A0 ） 、 定 时 器 A1 （ Timer_A1 ） 、 定 时 器 B0（ Timer_B0 ）、 UART 、 SPI、I2C、硬件乘法器、液晶驱动器、10 位/12 位 ADC 、16 位 -ADC 、DMA 、I/O 端口、基本定时器（ Basic Timer ）、实时时钟和 USB 掌握器等如干外围模块地
21、不同组合.另外， MSP430 系列单片机地中断源较多，并且可以任意嵌套，使用时敏捷便利.当系统处于省电地低功耗状态时，中断唤醒只需5s.4） 便利高效地开发环境MSP430 系列有 OPT 型、 FLASH型和 ROM型三种类型地器件，这些器件地开发手段不同.对于 OPT 型和 ROM 型地器件是使用仿真器开发胜利之后烧写或掩膜芯片； 对于 FLASH型就有特别便利地开发调试环境，由于器件片内有JTAG 调试接口，仍有可电擦写地FLASH储备器，因此采纳先下载程序到FLASH内，再在器件内通过软件掌握程序地运行，由JTAG 接口读取片内信息供设计者调试使用地方法进行开发.这种方式只需要一台P
22、C 机和一个 JTAG调试器，而不需要仿真器和编程器.开发语言有汇编语言和C 语言 .欢迎下载精品学习资源图 2.4 MSP430F149 引脚图2.5 单线数字温度传感器 DS18B20作为一种数字化温度传感器，DS18B20 测温时无需任何外部元件，可直接输出912 位（含符号位）地被测温度值，测温范畴为- 55+125；在 -10+85 范畴内 测量精度为 0.5，输出测量辨论率可谓，最高可达0.0625；支持 “单线总线 ”技术，仅需要占用一个通用I/O 端口即可完成与单片机地通信；现场温度直接以“单 线总线 ”地数字方式传输，大大提高了系统地抗干扰才能.“单线总线 ”通信协议简介 .
23、“单线总线 ”是一种在一条总线（这条总线只有一条口线）具有单主机多从机地总线系统，在“单线总线 ”可挂多个从机系统.为了不引起规律上地冲突，全部从机系统 “单线总线 ”接口都是漏极开路地，多个从机系统输出信号在总线上实现线与，因此在使用时必需对总线外加上拉电阻.为保证数据地完整性，全部地单线总线器件都要遵循严格地通信协议.“单线总线 ”通信协议定义了复位脉冲、应答脉冲、写时序和读时序等几种信号类型.全部地单线命令序列（如初始化、ROM 命令、 RAM 命令）都是由这些基本地信号类型组成地.在这些信号 中，除了应答脉冲外，其他均由主机发出，并且发送地全部命令和数据都是字节地低位在前.DS18B2
24、0 地内部结构及管脚分布DS18B20 主要由 4 部分组成： 64 位 ROM 、温度传感器、非挥发地温度报警触发器TH 和 TL 、配置寄存器 .ROM 地作用是使每一个DS18B20 都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂多个DS18B20 地目地 . 高低温报警触发器TH 和 TL、 配置寄存器均由一 个字节地 EEPROM 组成，使用一个储备器功能命令可对TH 、TL 或配置寄存器写入.DS18B20 数字温度计以 9 位数字量形式反映器件地温度值.DS18B20 通过一个 单线接口发送或接受信息，因此在中心微处理器和DS18B20 之间仅需要一条连接线.用于读写和温度转换地电源 可
25、以从数据线本身获得，无需无需外部电源.由于每个 DS18B20 都有一个特殊地片序列号，所以用多个 DS18B20 可以同时连接在一根单线总线上，这样就可以把温度传感器放在很多不同地地方 .这一特性在 HV AC 环境掌握、探测建筑物、仪器或机器地温度以及过程监控和掌握等方面特别 有用 . GND ：接地 DQ ：数据输入 /输出脚 .对于单线操作：漏极开路 VDD ：可选地 VDD 脚.欢迎下载精品学习资源图 2.5.1 DS18B20 内部机构图 2.5.2 管脚分布DSB18B20 各引脚介绍如下： GND 为地； DQ 为数据输入 /输出端； VDD 为外接供电电源输入端 在寄生电源接
26、线方式时接地；NC 为 SOIC 封装地， NC 为空引脚 .3 测温系统地硬件设计3.1 电源及复位模块设计整个系统采纳5V 和 3.3V 供电，考虑到硬件系统对电源要求具有稳压功能和波纹小等特点，其使用 LD1117 芯片，将电压输出为3.3V ，复位电路采纳RC 复位电路，但 RC 复位电路解决不了电源毛刺和电源缓慢下降等问题，所以在MSP430 单片机地电路中采纳芯片复位将更加抱负，由于本系统实现功能简洁，考虑到降低成本，最终采纳了RC 复位电路 .其硬件电路原理图如下：欢迎下载精品学习资源图 3.1.1 电源连接原理图图 3.1.2 复位电路原理图3.2 LED 显示模块设计LED
27、显示器是由 8 只发光二极管构成地 8 段数码显示显示器 .其中 a g 用于构成 7 笔字形， DP 用于构成小数点 .本次设计中采纳地是共阳极数码管，当其接低电平常点亮相应 LED 灯，为了能够更好地驱动数码管采纳了三极管放大 .其硬件电路原理图如下：欢迎下载精品学习资源图 3.2 数码管显示原理图其中共有 6 位，温度显示由四位八段数码管显示2 位整数， 1 位小数，而二位八段数码管用于功能键显示 .其位选端分别与MSP430F149 地 P3.0 P3.5 相连，显示端分别与单片机地P4.0 P4.7 相连.3.3 键盘输入模块设计键盘输入电路主要用于输入数据，从而实现人机交互.该系统
28、地键盘设计是采纳扫描方式实现地矩阵键盘 .其电路原理图如下：欢迎下载精品学习资源图 3.3键盘原理图该矩阵键盘由行线和列线组成，P1.0 P1.3 为行线， P2.0 P2.3 为列线 .键盘地行线作为键盘地掌握输出端，键盘地列线作为键盘地输入端.同时考虑到 P1 端口和 P2 端口具有中断功能，因此键盘地处理程序也可以由中断产生.键盘地列线通过上拉电路将两个管脚拉高，这样在没有按键按下地情形下，该两个管脚地电平为高电平，假如有按键按下时，相应地列线管脚为低电平，这时通过设置 P1 口为中断方式，低电平就动身中断而进入中断服务子程序，从而获得输入地数据. 同留意到，键盘地扫描时间是很短地，仅仅
29、几微妙地时间，然而按键地时间一次至少需要几十毫秒，所以只要有键按下地话是都可以被扫描到地，但是按键按下时有肯定地时间抖动，需要加入键盘地抖动处理 .3.4 温度采集模块设计本次系统设计采纳地温度转换模块采纳地是DS18B20 温度传感器，其原理图如下：图 3.4 温度采集原理图其只有一个端口要接，与单片机地P5.6 口相接，简化了分布式温度传感应用无需外部元件可用数据总线供电，电压范畴为3.0 V 至 5.5 V 无需备用电源 ,测量温度范畴为 -55 C 至+125 .华氏相当欢迎下载精品学习资源于是 -67 F 到 257 华氏度 -101） DS18B20 地初始化：C至+85 C 范畴
30、内精度为 0.5C欢迎下载精品学习资源（ 1） 先将数据线置高电平 “1”.（ 2） 延时（该时间要求地不是很严格，但是尽可能地短一点）（ 3） 数据线拉到低电平“0”.（ 4） 延时 750 微秒（该时间地时间范畴可以从480 到 960 微秒） .（ 5） 数据线拉到高电平“1”.（ 6） 延时等待（假如初始化胜利就在15 到 60 毫秒时间之内产生一个由DS18B20 所返回地低电欢迎下载精品学习资源平“0”据.该状态可以来确定它地存在，但是应留意不能无限地进行等待，不然会使程序进入死循环，所以要进行超时掌握）.（ 7） 如 CPU 读到了数据线上地低电平“ 0后”，仍要做延时，其延时地
31、时间从发出地高电平算起（第（ 5）步地时间算起）最少要480 微秒 .（ 8） 将数据线再次拉高到高电平“1后”终止 .2） DS18B20 地写操作：（ 1） 数据线先置低电平“0”.（ 2） 延时确定地时间为15 微秒.（ 3） 按从低位到高位地次序发送字节（一次只发送一位）.（ 4） 延时时间为 45 微秒.（ 5） 将数据线拉到高电平 .（ 6） 重复上（ 1）到（ 6）地操作直到全部地字节全部发送完为止.（ 7） 最终将数据线拉高.3） DS18B20 地读操作：（ 1）将数据线拉高 “1”.（ 2）延时 2 微秒.（ 3）将数据线拉低 “0”.（ 4）延时 15 微秒 .（ 5）将
32、数据线拉高 “1”.（ 6）延时 15 微秒 .（ 7）读数据线地状态得到1 个状态位，并进行数据处理.（ 8）延时 30 微秒 .3.5 温度报警模块设计该部分电路主要是驱动一个蜂鸣器，这样只需要将蜂鸣器地一段接地，另一端与单片机进行相接就可以了，其与单片机地P5.5 口相接并且报警指示灯与P5.7 口相接，在设计电路中仍可以增加一些其他颜色地 LED 灯，设置不同地温度上下限，能够实现电路地多级报警.其电路原理图如下：欢迎下载精品学习资源图 3.5 报警电路原理图4 测温系统地软件设计4.1 系统软件结构及流程图欢迎下载精品学习资源图 4.1.1 按键中断服务子程序流程图图 4.1.2 D
33、S18B20 温度传感流程图欢迎下载精品学习资源图 4.1.3 以上为主程序流程图欢迎下载精品学习资源4.2 LED 显示模块程序设计本次试验地显示是由 LED 数码管显示地，而温度传感器返回地是 11 位地二进制数值，因此又如何把这 11 位二进制数值转换为数码管地 10 进制数值是这块程序地重点 .经过查阅资料，明白到可以逐位进行转换 .一共 11 位数据， 7 位作为整数部分， 4 位作为小数部分，每次取出一位，如为第一位，如为1，就其值为 0.0625，因此设置相应地数码管显示，再取出其次位，如为1，就其十进制0.125，累加上去，一次类推，最终完成整个温度地数码转换.同时在显示温度时
34、采纳地是动显温度，是通过看门狗定时器来实现地，设置看门狗定时器为1.9ms 中断，当时间到达时自动进入中断实现移位显示，由于时间间隔短，因此人眼看上去就像是数码管一起显示地一样.4.3 键盘输入模块程序设计键盘地功能为输入数值，此次设计采纳地是4x4 矩阵键盘，其功能面板如下：图 4.3 键盘布局图其中 0 9 为 10 个数字键；UPSET 为上限温度设定挑选键，完成上限温度位选功能； DSET 为下限温度设定挑选键，完成上限温度位选功能； UPS 为上限温度设定完成确定键，输入完成后按下；欢迎下载精品学习资源DWS 为下限温度输入完成确定键，输入完成后按下；NO 为待定功能键，可以依据软件
35、设置不同功能 .按键输入程序设计时主要是确定输入地键地键值，然后与预先设定地键码表对比，在用一个挑选判定语句 switch ，挑选相应键时即执行相应地操作 .在确定键值时用地是行列式扫描法，同时考虑到假如不先按位选键，直接按其他键也会进入按键中断服务子程序，因此特殊加入了排除此缺陷地语句，使得在按错键时系统也能执行显示温度地操作，使系统运行更牢靠，更稳固 .其实现方法如下：default: / 实现按其他键时不会显现死循环，无法正常显示温度ifpresskey11 = 0 & presskey10 = 0 IE1 |= WDTIE ；/看门狗中断使能开TBCCTL0 |= CCIE；/ 定时器
36、中断使能开break ；按键程序地主要思想是第一判定是否按下功能挑选键，假如按下，就置相应地功能挑选键标志为 1，然后再判定是否是在功能挑选键标志为1（即先按了功能挑选键）地情形下再按了数字键， 此时才能进入温度设定程序，否就按键无效，正常显示温度.同时温度设定完后将相应地功能挑选键标志位归 0.4.4 温度采集模块程序设计温度采集模块主要是运用了温度传感器DS18B20 ，这款温度传感器具有温度转换功能，能通过指令将电压值转换为当前地温度值，同时仍可以考虑多个温度传感器一起工作，实现多点地温度采集，而本次系统设计只需要一个就行，因此忽视了取产品ID 号地过程，在编程时，主要是依据温度传感器地芯片说明地流程来摸索地，通过写入函数Write_18B20 （）将相应地指令写进去，同时通过读出函数ReadTemp将相应地温度数值读出来，返回给系统，从而实现温度地转换和显示.4.5 报警模块程序设计本次报警模块地处理相当简洁，有两个部件组成，一个是蜂鸣器，通过I/O 口上送出数据来驱动蜂鸣器，而LED 灯也是只要通过端口送出数据就可以.此模块包括初始化端口和数据产生两个部 分，初始化端口部分只要设置相应地端口为输出方向，数据输出只要执行相应地输出操作即可.同时在扫描检测温度情形是用