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社会在发展#xff0c;时代在进步#xff0c;人们对生活质量需求更加膨胀#xff0c;是否拥有高科技技术也最终决定着产品是否可以满足人们的欲望#xff0c;只有性价比更高#xff0c;才可以得到更好的青睐。现在的电子产品愈来愈多#xff0c;龙蛇混杂#xff…摘 要
社会在发展时代在进步人们对生活质量需求更加膨胀是否拥有高科技技术也最终决定着产品是否可以满足人们的欲望只有性价比更高才可以得到更好的青睐。现在的电子产品愈来愈多龙蛇混杂只有更加智能化、性价比更高的电子产品才能取得竞争的优势。普通的家电与利用了单片机的智能家电相较而言更能方便的使用有更强的功能更高的安全性还有关键的是更能节省电能这样家电的品质就大大提升了。智能台灯的基础是热释电红外传感器功用是感知人体的红外辐射处理电路的信号是BISS0001处理方法是利用单片机处理目的为了达成控制的便利性。当台灯附近有人且房间比较暗的时候智能就会自动发光就不用到处找不到开关检测到没人的时候等就会关闭。离桌子太近则会自动报警调整坐姿。
关键词 单片机 台灯 性价比 智能
Title Design of intelligent desk lamp based on single chip microcomputer Abstract Along with the social steady, human beings can not stop the pursuit of new things, continuous change of the market demand, whether to have high-tech technology makes the final decision on the prospects for the development of the product and competitive advantage, whether to have intelligence Accompanied by electronic products rapidly, intelligent home appliances are also more common, in practical applications have smart refrigerator, intelligent water heater, intelligent washing machines and other, in the enumeration of smart home has a similar feature, their central control unit is the monolithic machine. Ordinary household electrical appliance with the use of SCM intelligent utensil,e, more functions, higher security and the key is to save energy, home appliances such quality is greatly enhanced. Intelligent desk lamp is based on pyroelectric infrared sensor function is to perceive the human body’s infrared radiation, the signal processing circuit is BISS0001, the way is single-chip processing, For reaching the convenience of control. When a typhoon near and dark room, intelligent will automatically light, there is no need to switch of groping in the dark; learning process may not consciously by the table too close, sitting posture is not correct, the alarm will be sounded, reminded to adjust the posture and prevent myopia; when people leave, table lamp will automatically shut down, so that you can save power. Keywordssingle chip. intelligent .desk lamp .cost performance
目录
摘 要 II Abstract III 1 绪论 1 1.1 智能台灯系统概述 1 1.2 毕业设计内容 2 2.系统主要器件简介 3 2.1主要芯片简介 3 2.2 BISS0001 5 2.3 ADC0809的引脚及功能 5 2.3.2 ADC0809的组成及变换原理 7 2.3.3 芯片的连线图 8 3.系统组成与电路设计 8 3.1 系统组成部分 8 3.2 电路设计部分 9 4.传感器部分 11 4.1工作特征 11 4.2工作原理 12 4.3光敏电阻 12 4.4测距传感器 14 5. 软件程序设计 15 5.1 主程序流程图 15 总结致谢 19 参考文献 20
1 绪论
1.1 智能台灯系统概述 科技在进步人类在成长走进人们生活的有着种类繁杂的家电和高科技产物这种种不仅仅改善了人们的生活品质也提高了工作的热情和效率电器人工智能是大势所趋这样在使用时会更加便捷。伴随人工智能的深入研究和智能控制的加强很多智能家电也会更多的呈现在人类的眼球中将单片机与智能化相辅相成将改变原有家用电器的状态不断的推陈出新改进与进化。 与单片机的结合使家电面向智能化而且人们的生活质量日益渐升也最终得到普及智能家电也会慢慢改变我们的生活生活更加舒适与健康。而小台灯也是家电之一也应该当仁不让的随着时代走向智能化的先驱。 台灯在我们平常的生活当中是不可或缺的家电。按款式可分两个类型一种是站立式的一种是带夹子的。工作原理很简单就是聚光于一处这样可以更方便的做自己想做的事。 据了解很多台灯都是用220V交流电供电大部分都是有按钮和开关来使用此台灯。这样子的台灯有许多不足之处一则是电压不安全日常生活中有不确定因素二则是日光灯会频闪这样会对人的眼睛造成危害三则是大的耗电、以日光灯为主的台灯瓦数都比较大四则是人工化开关都是依靠人手来操控经常出现忘记的现在造成能源的浪费。距今为止在普遍的市面上使用5V直接电供电的智能台灯是比较少见的他的优点也比较多例如不会触电使用时间长无污染不辐射等它的优势相比普通台灯有过之而无不及智能台灯不仅仅可以节省能源非常环保而且可以用来纠调整坐姿预防驼背和近视眼。与此同时自动开关的功能也为使用者省去了在漆黑中摸索按钮的麻烦。 智能台灯有两种模式分别是全自动模式和手控模式。在全自动模式下智能台灯会依据环境的亮暗和检测人是否在来自动控制台灯。而此智能台灯的原理是以9.5um波长的人体红外辐射来感应电路。当感应电路感受到人体时就会感应后发光红外设定一个距离当人体靠近小于这个距离蜂鸣器就会响起警告人应该坐好。当人离开了范围之内灯会自动关闭这个能节省电源。手控模式是环境的亮暗程度与灯的亮暗变化无关是人为控制的亮暗可以通过按键来改变亮暗程度。此智能台灯也有学习时间控制功能设定的时间倒计时限定的时间到了蜂鸣器就报警想要停止报警只需要在红外测距传感器晃动一下或按任意健就可以了。 台灯是在家庭中不可或缺的物品忘了关灯很容易造成能源的浪费。从全球的角度来说说一笔非常巨大的能源。正因为台灯被大部分的人所必需我们也要改良他让它变得更加便捷要有自动开灯功能也要可以调整坐姿。热释电红外传感器是一个可调节距离的探测器一般是4m左右这也符合了从门到桌子的距离所以当人要进来时就不用去找开关了。红外测距探测器也是一个可调节的探测器现在设定的是20cm左右这样在自己调整坐姿的同时设置红外测距探测器这样当人不自觉离桌面太近坐姿不足这样蜂鸣器就会开始报警提醒人应该调整自己的坐姿。当然离开了那个距离报警就会自动关闭。 1.2 毕业设计内容 1.2.1 设计内容和实现功能 内容与要求: 制作一个红外传感控制电路由单片机和BISS0001结合而成的智能台灯。他的优点是在自动模式下可以根据环境的亮暗程度来改变台灯的亮度在没有人的时候自动关灯达到节省电源的目的而且可以调整坐姿以防近视。要求具体如下 1热释电红外传感器是用BISS0001信号处理电路接下来通过AT89C51进行处理这样的目的是更加容易控制 2当感应的附近有人的时候台灯会根据当前环境的亮暗程度来调节灯光这样也让开开关更加容易没有黑暗摸索的麻烦 3接近了一定的距离蜂鸣器就会报鸣让你调整坐姿以防近视 4.当检测到没有人的时候台灯会自动关闭这样就能节省电源。 5.可以自由的设定工作和学习时间当时间倒计时完成蜂鸣器会自动报警提醒应该休息了。 1.2.2 系统分析 台灯显然已经是人们日常生活中非常重要无可或缺的一部分因为自己的疏忽没有关灯而造成电源浪费。当大阴天或者入夜十分在黑暗中摸索开关也是比较麻烦。这样我们用一个传感控制电路是以波长为9.5um的人体红外辐射为感应。当人进入了这个范围之内台灯会以当前环境的灯光自动开关和调节亮度还有红外测距传感器当人身体太靠近桌面的时候蜂鸣器就会报警警示人要调整姿势。周围没有人的时候灯关闭。
2.系统主要器件简介
2.1主要芯片简介 STC89C51是耗能也低Flash存储器在系统中可用来编程的有8K的控制器。从一个单独芯片来说不仅拥有8位CPU还有Flash可以在系统中编程这样一来使STC89C51提高工作效率更加灵便的提供解决方案。 具有以下标准功能 512字节RAM8k字节Flash看门狗定时器内置4KB EEPROM32 位I/O 口线复位电路是MAX810还有二级中断结构有6向量 3个16位计数器/定时器串行口为全双工。 STC89C51想操作静态逻辑可以将频率降到0Hz用省电模式来支持两种软件。
图1 STC89C51引脚 此台灯使用最新的51单片机。 STC89C51单片机的引脚说明 VCC供电。 GND地线。 P0口P0口是双向开关。如果高电阻P1口的管教首先写1。P0能被界定在地址/数据的第8位作为一个数据存储器应用于外部程序。当使用FIASH开始编程时原码的输入口为P0口在FLASH要检验的时候原码由P0输出拉高P0的外部。 P1口P1口是双向I/O口用来为内需供应上拉电阻四个TTL门电流可以在P1口的缓冲器中成功接受。当P1口管脚读入1于内部中被上拉成高然后用来输入。 P2口P2口 是双向I/O口。当P2口管脚读入1内部上拉电阻将管脚提高并且用它输入。P2想要实行存储而被当成有十六位地址的外部数据存储器或者用于外面程序存储器则输出高8位。P2口接收控制信号和来自高八位的地址信号当FLASH进行检验和编程时。 P3口P3口属于一个双向I/O口内部为上拉电阻可以将4门TTL电流接受输出。当P3口管脚读入1它用作输入因为内部被上拉成高电平。因为在外部被下拉成低电平则当成输出。 I/O口在输入的时候工作方式有两种分别为读端口还有读引脚。端口的读写数据不是从外面来的而读写进总线内部的是通过端口锁存器读写通过算术法则到端口锁存器。这样才能把从外部来的数据传输到内部总线。 RST复位输入。维持RST脚高电平时间2个周期振荡器产生复位。 ALE/PROG只有用在锁存的地址所需要的输出电平被地址锁存允可。这个引脚用来输入编程脉冲在FLASH编程中。这里有一个需要注意的地方把他当成外面数据存储器一个ALE脉冲跳过。与此同时ALE正在执行的只有MOVXMOVX只有在ALE执行才能发挥作用。而且也轻微提高引脚。 /PSEN选通程序外部存储器。在取值时期所有机器的有效的周期为2次/PSEN。而此2次/PSEN信号不会呈现当访问外部数据存储器。 /EA/VPPEZ低电平使用外部存储器。/EA把内部锁定成RESET当他加密方式1的时候如果以使用内部程序存储器时则/EA端口已经维持着高电平。 2.1.1 时钟电路 89C51单片机发生时钟信号有内部和外部时钟。89C51部分内结构是一个振荡电路如果XTAL118和XTAL219的引脚外接石英晶体所以可以在内部生成时钟脉冲信号从而形成自激振荡器。图2的电容C1和C2有使频率稳定和使起振快速的作用530pF的电容值30pF的典型值。1.212MHz间挑选的晶振CYS的振荡频率范畴十二MHz和六MHz的经典值。
图2 内部时钟 2.1.2 复位电路 复位电路的方法有键位与上电清零。 通过外接的电容的充放能来清零这就是上电复位。自动上电复位的的条件是Vcc的上升时间低于1ms。 按键清零。此台灯就是通过按键来进行清零。图3为按键手动复位。它的时钟频率用11.0592MHZ时电容为10uF,电阻为10kΩ。 图3 复位电路2.2 BISS0001 BISS0001可以将信号集中处理的电路。与一些其他配件组装就可以形成热释电红外的开关这样也就可以快速度自动开关各种装置例如荧光灯、电风扇、烘干机、和蜂鸣器等在商场、酒店、仓库等区域都非常适用。B它的主体公用为 信号集中的集成电路 运算放大器输入的阻抗较高有独立性允许同时和多个传感器匹配 有可以抑制干扰的双向鉴幅器 内置封存时刻的器件 稳定性高、结构简单’可利用性好 26V的内置参考电压。 2.3 ADC0809的引脚及功能 A/D转换器中的逐一比较型的价格、速度、精度上的性价比最高是平常中最多人选择的。而最重要的是芯片是ADC0809。图4为芯片的引脚。 图4 芯片的引脚ADC0809的方案是一一比较输入为八路模拟输出为八位数字量。 完成了A/D转后以后就要把数据传给单片机来进行处理而且过程要快。 可靠的传递方法有3种 1定时传递法 某一些转换器它的时间作频率是特有的不可更改的。依靠这个理论上述制作1个延时的子程序这样以来当A/D转换开启则用这个子程序转换结束之后延时再用来数据的传递。 2查看方法 完成转换与否一般可以通过查看某个状态信息譬如ADC0809的EOC口。所以应该通过咨询EOC的状态来观察是否转换完结然后在开始数据传送这就是查看方法。 3中断方式 把EOC当做中断请求信号这种数据传送的方式是以中断方式进行的。 上述的三种方式中都是转完完成之后就允许开始信息传递。通过接送口的OE是有效的这样就可以把转变完成后的信息传递到总线上接着使单片机接收。 有几点注意事项ADC0809能于同一时间里输入8路的模拟信号却于一个瞬间只可以更换1路开始转换的是共有的一个A/D转换器依靠软件更换C、A、B引脚上的代码完成对各路的切换。图5为通路表。
图5 通路表 ⑷ 控制信号端为OE、START、CLK输出允许端为OE启动信号输入端START时钟信号输入端为CLK。 ⑸ 参考电压输入端为VR()和VR(-)。 2.3.2 ADC0809的组成及变换原理 ADC0809结构构造如图6。ADC0809的转换则是使用一一比较法供电电源是单一的5V。八路选一有锁存的功用有模拟开关取决选择的通道是通过C、B、A引脚的功用。0809进行1次转换需100μs左右有TTL三态锁存缓冲器来输出MCS-51信息总线则允许直接接入了。 如果有合适的用来外接的电路则可以用来转化模拟电路0-5V。
图6 ADC0809的组成
2.3.3 芯片的连线图 图7是此芯片与单片机的连接图 图7 连接图
3.系统组成与电路设计
此系统的创新灵感是源自生活也正是要为平常处理一些问题。为了达到便于控制的目的单片机是处置的核心BISS0001来集成电路两个传感器是基本构成。 3.1 系统组成部分 3.1.1 系统工作原理
图8 系统框图 这个系统是四个部位来组成的如图8 1.通过光亮传感器、红外测距传感器、热释传感器组合的传感器部分 2.处理的核心为89C51只要对接收的信号进行处理从而给出控制命令 3.通过89C51发出的命令来控制灯的开关还有亮暗程度这个组成灯光的控制部分 4.蜂鸣器在设定的时间到了还有坐姿不正的时候报警。 3.1.2 系统控制核心 MCU单元、三个传感器、显示屏、键位、蜂鸣器还有灯组成了智能台灯的系统。红外测距传感器、热释电红外传感器和光敏电阻组成了信号的检测和处理部分热释电红外传感器的作用就是检测周围是否有人在采用这个传感器的主要原因是它只对人体辐射出来的红外的特定的波长敏感也就是波长为10um的红外对于其他物品是不会产生反应的感知台灯当前环境的灯光亮度是光敏电阻的作用89C5l单片机作为MCU部分传感器接收处理后的信号传递给单片机来处置之后就发出控制的指令这样来掌控蜂鸣器、LED、显示屏等工作当接收到来自MCU单元的命令蜂鸣器就会发出警告信号 三极管驱动控制着灯输出的是PWM脉冲。矫正坐姿的传感器通过红外测距当小于这个距离蜂鸣器就会报警 。显示部分的构成为三极管驱动四位一体的共阳数码管。 3.2 电路设计部分 3.2.1传感器的处理部分和信号检测部分 此智能节能台灯的基本是三个组合传感器。传感器是不可或缺的一部分传感器的处理部分与信号检测部分电路原理如图9所示。 图9传感器的处理部分与信号检查部分电路是光敏电阻、BISS0001基础电路、热释电红外传感器组合而成。而此传感器则只会对人体辐射出来的红外的特定的波长敏感也就是波长为10um的红外对于其他物品是不会产生反应的。探头里有2个相互并联或者相互串联的热释电元且是刚好相反的2个电极化方向这2个热释电元对环境的辐射用处大抵相同则这两个电元相互抵消释电反应则就消逝所以此探测器最终不会有信号。如果有人到了探测器的感应圈中则人体的红外辐射就会聚集在一个点上这个点在探测器的镜面。热释电元开始接收两个热释电元所接收到的能量不等同所以与之前的相反没有办法做到相互抵消的效果所以就会有信号输出。BISS0001是一个比较特别的集成的电路构成它的有电压比较器、运算放大器、封锁时间定时器、延迟时间定时器与状态控制器。光敏电阻如果阻值较小的时候则环境光的强度比较高这时芯片就会检测到一个低电平这时候锁掉十四脚传感器的信息也都全部被禁止。而当光敏电阻达到一个非常高的电阻时这时候芯片则查到高的电平十四脚也会启动当人体信号被infare1检测到时生出较弱的信号输出经过信号放大滤波电路从二脚输出。
图9 传感器的各个部位
图10 灯光电路 图10为自己制成的核心为单片机的灯光的电路。用单片机与光敏电阻的配合来控制灯光的亮暗与开关四个为一组的LED并联在一起然后将电源的负极连接地表如果有高电平用来输出则Q7导电通路与此同时Q8随之导通LED的正极接电源灯亮如果改变成低电平来输出Q7则不导通与此同时Q8也随之不导通LED就接不到电源这时灯则灭。使PWM的占空比去掌控灯的亮度这时IO口变化很快。 3.2.2数码管显示 数码管为以发光耳极管为基本单元的半导体发光器件。它的段数有7段和8段也就是多了1个发光二极管单元如果按相接单元的方式可分成共阳极与共阴极。共阳数码管为发光二极管的阳极都连到一块组成COM在使用的时候5V连接COM。点亮对应的字段如果发光二极管的阴极是在低电平在一段字段中如果它的阴极是低电平此字段就发亮反之如果阴极是高电平就不亮。共阳数码管为发光二极管的阳极都连到一块组成COM在使用的时候GND连到COM在一段字段中如果它的阴极是低电平此字段则发亮反之如果阴极是高电平则不亮。它在家电领域的应该是非常广泛的使用便捷价格便宜。此设计用来显示时间使用共阳极数码管。
图11 数码管显示
4.传感器部分
顾名思义传感器的作用就是传感将我们需要信息传到控制中心将变化的量转变成电信号这样会更加有效和便捷。 4.1工作特征 热释红外传感器通过将两个相同特点的热点元连成差动平衡或者反向串联的方法来压抑自身温度改变的干涉这样就可以顺利的检测出外界的红外能量的变化为系统提供一个电信号。热释电红外传器为了形成阻抗变化在他的结构上使用场效应管。因为热电元的输出为不允许直接使用的电荷信号所以用高达104Ω的电阻将它转化成电压的方式为了完成电阻感抗的改变这时候搬出源极跟随器。它的构成部位则是干涉透光片、场效应管搭配器和传感探测元。 4.2工作原理 在此智能台灯中此传感器是没有任何能量的它的目的就是靠接收能量的变化来进行检测。 当人体到了热释红外传感器的范围所释放的红外辐射就通过透镜聚焦在探测元上这时即输出电信号电信号先通过一个带通滤波器此带通滤波器的最高停止频率为十六Hz最低停止频率为0.16Hz。它会输出很小的电压检测信号且此信号是变化的且透镜让输出的信号以脉冲的方式发出总而言之输出的电压信号必须要放大。本设计为了得到足够的增益使用LM324两级放大。 4.3光敏电阻 光敏电阻是由很多的特殊材料制造而成也是又名光导管当有光照的时候它的电阻就会很快的变小。它本身上的载流子的导电性能非常好如果外加了一个电场载流子就会迅速的移动漂移到自己的位置上来很快这样则使电阻变得很低。 4.3.1 光敏电阻的运营原理 光敏电阻的运营的原理也简单就是内光电效应。光敏电阻很多都是用一些比较特使的光敏材料与半导体结合而成然后封存在透光的管壳里也有很多方法能让灵敏度增加。硒化物、碲化物和硫化物这些半导体都是以上说的半导体之一部分都是一些金属材料。要想从绝缘衬底上制成梳状欧姆电极或者极薄的光敏电阻电极牵出引线就要通过喷涂、烧结、涂敷灯方法。为了避免受潮应该封在有透光镜切密封的空间中。如果环境较暗时电阻值会很高高如果环境变亮或者有光照时这时半导体的禁带宽度如果小于光子能量这电子在价带中跃迁至导带只要吸收一个光子的能量这时价带中会生成空穴带正电荷这时候就产生电子—空穴对。光照愈强光敏电阻的阻值愈低。当光照消散后之前生出的不同的载流子产生复合那么就和原来的状态一样了。如果给光敏电阻施与电压那么则有电流通过当有光照射时光强越大电流越大这样便可以光电转换。光敏电阻只是1个电阻器件没有极性所以允许外接一个电压无论是直接还是交流。 4.3.2主要特点和特性 光敏电阻的光谱特别依此则可划分成三种类型 紫外光敏电阻器顾名思义对紫外线会分外的敏感当属检测紫外线的首选。 红外光敏电阻器大部分的光敏电阻器是硒化铅、锑化铅、硫化铅、碲化铟等应用很多不仅在农业、商业中应用广泛在国防和科学研究也是经常使用。 可见光光敏电阻器它的光敏电阻器包含硒化镉、硫化镉、硒、砷化镓、硅、锗、碲化镉、硫化锌。光电控制系统应用广泛比如照明器具的亮灭自动门的开关自动水的开水和停水设置还有测量超薄零件的厚度等方面。 下面介绍一些重要的参数 1.光电流、亮电阻。简单的说就是有外接的电压同时也有光照这时候的电流名为光电流电阻就是亮电阻。 2.暗电流、暗电阻。与上述的相反就是有外接的电压但是没了光照这时候的电流名为暗电流电阻就是暗电阻。 3.灵敏度。灵敏度为上述的暗电阻与光电阻的相对改变的值。 4.光谱响应。又称为光谱灵敏度它的灵敏度随着照射的波长不同的单色光的变化。 5.光照特点。当光的强度有所更改时电信号也会更改。而由实验可得如果光照强度愈大光敏电阻的阻值则愈小。但是到达一定的程度就会慢慢趋向平缓。大体都是非线性的特性。 6.伏安特性曲线。伏安特性曲线为光电流与外加电压之间的联系在光敏器件的范围中当电压增加它的电流随之增加。 7.温度系数。温度对光敏电阻的光电效应有很大的作用当温度比较低电阻的敏感度升高如果相反也是会降低。 8.额定功率。所允许消耗的特定的随温度变化的功率。 4.4测距传感器 测距用的是光电传感器既可以发射也可以接收。可以根据自己的要求来调节距离。此传感器的优点也多比如受可见光干预小、探测距离远、低廉的价格、组装简单、便捷使用等在流水线计件、机器人避障等多个地方都经常使用。 光电元件将检测到需要测量的事物改变然后把他转换成光信号传输接着转换成电信号。光电传感器是三个部分组合光电元件、光源、光学通路。 光电检测方式的特点不仅速度比较快效率高操作简单样式也多选择也多所以光电式传感器于控制与检测的领域中使用范围广。 光电传感器在完成光转换是一个不可或缺的元件它能把红外、可见光与紫外等光信息转换成电信息的机器。 光电式传感器不仅仅允许检查电量直接引起光量改变也允许用来检测其他非电量转换为光量变化。在人工智能和自动化中它的优点都被放大很多都是非常经常的使用。 光电传感器为完成控制把光强度转化为电信号之间的变化。光电传感器组成由检查部分、接受器与发送器。发送器对准目标发射光源。接收器的组成部分为光电三极管、光电二极管、光电池。在接收器的前有例如光圈与透镜等的光学元件。随后是检查部分可以清除无效的糟粕提高效率。
图12 测距电路图
5. 软件程序设计
5.1 主程序流程图 主程序流程图如图13所示 计时流程图如图14所示 显示函数如图15所示 ADC0809函数如图16所示 图16ADC0809函数总结致谢
在持续了一段时间的刻苦努力终于完成了硬件与论文。这也意味着毕业已经近在眼前了。在这四年期间不管在教室里、宿舍里还是运动场上都让我收获了不少东西即使时光飞逝即使之后相见恨难但也是值得回味的一段旅程之后的路还很长即使天寒地冻路远马亡也会不放下自己学习的心。 在论文还有硬件的完成中虽然困难重重自己的基础比较薄弱从开题报告、任务书再到硬件设计和论文撰写都不是一件简单的事情。感谢身边的同学和老师孜孜不倦的教导和努力然后终于完成了自己的毕业设计也是非常的辛苦他们了。 论文的结束可能代表着大学生涯的结束但不是意味着学习生涯的末端活到老终将学到老不管以后身在何处都要不忘记心里的初衷所有的努力就是为了没有遗憾 最后谢谢专家们的批评和指导。
参考文献
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