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智能无线防盗系统的设计
摘要：系统地介绍智能无线防盗系统的基本原理、组成框图，详细地描述电话网络的接收方法；论述热释电红外传感器、语音等电路，给出部分基本电路和软件流程。
关键词：无线防盗 报警 热释电红外传感器
随着国家智能化小区建设的推广，防盗系统已成为智能小区的必需设备。本文利用单片机控制技术和无线网络技术，开发一种具有联网功能的智能无线防盗系统，并开发相关的传感器。采用无线数据传输方式，不需重新布线，特别适用于已装修用户及布线不方便的场合。
1 智能无线防盗系统的基本原理
智能无线防盗系统由传感器、家庭智能报警器、物业管理中心接警主机及相关的控制管理软件组成。图1为家庭智能报警器方框图，图2为物业管理中心接警主机方框图。
1.1 主机电路
如图1所示，主机电路由射频接收模块接收传大吃一惊器发来的报警信号，通过解码器（PT2272）解码后得到报警传感器的地址和数据类型只有主机和传感器地址相同时才能被主机接收。解码输出的数字代表传感器类型解骊输出信号进入CPU的INT1，触发中断处理程序。中断处理程序通过DTMF收发电路，拨打用户预先设好的电话号码（如手机号码，办公室号码）进行远程拨号报警；同时，启动语音电路，将预先录制好的语音信号通过电话线传给主人，实现语音提示通信功能。CPU输出警笛触发信号，经放大后推动警笛或喇叭，以驱赶和震胁盗贼。用户还可通过电话线进行远程设/布防，及输入远程控制信号，通过8路控制输出端控制有线连接的电器设备，也可通过编码电路和射频发射模块控制无线连接的电器设备。显示部分采用RT12232A图形点阵LCD模块，实现汉字显示功能；显示报警时间与报警类型。键盘可实现密码修改、语音录入和信息查看功能。
物业管理中心的接收主机具有家庭报警主机的功能外，还可以通过RS232实现与物业管理中心的通信 功能，实现联网和小区控制。
1.1.1 DTMF收发电路
要实现电话线远程通信，关键部分为DTMF收发电路。它将实现自动拨号、忙音识别、铃声识别、远程接键数字信号识别等功能。我们选用MT8888双音多频（DTMF）收发器，与单片机及音频放大电路组合，实现各种信号音的检测及DTMF信号的产生，并将DTMF信号送到电话线上，如图3所示。
MT8888是采用CMOS工艺生产的DTMF信号收发一体的集成电路。它的发送部分采用信号失真小、频率稳定性高的开关电容式D/A变换器，可发出16种双音多频DTMF信号。接收部分用于完成DTMF信号的妆收、分离和译码，并以4位并行二进制码的方式输出。
图3
选择中断模式时，当接收或发送了有效的音频信号后IRQ/CP脚输出低电平，产生中断信号供给CPU，在延迟控制电压的跳变缘将数据锁存至输出端；当选择呼叫过程（CP）方式时，只能接收250～550Hz的信号音，在拒收或无输入时，IRQ/CP脚输出低电平。
（1）电话信号音格式
忙音：450Hz,350ms有，350ms无。拨号音：450Hz，持续。回铃音：450Hz，1s有，4s无。
（2）信号音的判断方式
将MT8888的IRQ/CP脚连到AT89S52的T0脚，电话呼叫过程中的各种信号音经MT8888滤波限幅后得到方波，由MT8888的IRQ输出到AT89S52的T0脚，对T0脚信号记数5s。计数值位于2175～2357范围内，为拨号音；计数值位于1041～1212范围内，为忙音；计数值位于425～475范围内，为回铃音。在实际编程中，考虑到计数的误差以及程序的简化，可将范围适当放宽，但不能重叠。
(3)自动摘机
控制器与家里电话并接在一条电话线上。为了实现报警放打电话共用一条线，摘机电路按如下设置：将电话振铃信号通过光电耦合器TP521输入到AT89S52的IT脚，进行计数。接到振铃信号时，若连续振铃10次用户还没有摘机，则自动转到家庭智能报警器，CPU置P1.5脚为“1”，使继电器K1吸合，实现自动摘机功能。若在这10次振铃过程中，用户接通了电话，则控制器不响应，这样，使得控制器与电话不互相干扰。摘机后，检测MT8888输出的双音多频信号，以读出用户发来的远程信息，实现远程通信与控制功能。
图4
（4）自动报警
当接收到热释电传感器等发来的无线报警信号后，CPU立即发出报警信号，通过电话线传到远程用户。报警方式如下：用户通过面板设备10个报警电话，将它们存入24C04存储器中。当接到警情后，从第1个电话开始拨号，一直拨到第10个，来回拨3遍。如果任意一个电话回送了“#”键确认信号，即意味着报警已收到，不再继续拨号。每个号码需拨号。每个号码需拨号时间100ms，号码之间留500ms间隔。拨号时，先检测24C04中存储的电话号码。若为空，即未设此电话，跳过不拨，继续拨下一个电话号码。这样，用户可随意设置数个报警电话号码。我们规定号码长度最多不超过4位，以便存在24C04中。
1.1.2 语音电路
为了便于通信，采用了语音芯片，实现语音指示和报警功能。ISD1420为单片语音记录、回放一体化芯片，记录时长为20s；可被划分为160小段，每段125ms。当REC脚为低电平时，进行录音，PLAYE或PLAYL为低时进行放音，ISD1420可进行连续录音，也可进行分段录音。
分段放音：先送停止录放音码P1.2～P1.4=000，再送放音首地址A7～A0，P1.3或P1.4为低电平（PLAYE或PLAYL）开始放音；延时进行放音，最后送停止录放音码P1.2～P1.4=000，完成本段放音。重复上述过程，可分段放出数段语音。图4为语音电路原理。
1.1.3 编/解码电路
PT2262/2272是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗、低价位、通用编解码电路。PT2262/2272最多可有12位（A0～A11）三态地址端引脚（悬空、接高电平、接低电平），任意组合可提供531441地址码。
PT2262最多可有6位（D0～D5）数据端引脚，设定的地址码和数据码从17脚串行输出。编码芯片PT2262发出的编码信号由地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字。地址码必须与家庭控制主机内解码芯片PT2272编址相同，以区分家庭控制器；数据码可用于区分传感器类型。当有报警信号时，PT2262的14脚为低电平，使能PT2262，从17脚输出编码信号，通过射频模块发射出去。
解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对，VT脚才输出高电平，送到89S52的INT1，触发中断处理程序，以读取D0～D3的数据码，得知报警传感器状态和报警类型。图5为编/解码电路原理。
1.1.4 射频发射模块与射频接收模块
射频发射模块与射频接收模块原理如图6和图7所示，工作频率为433MHz。最大传输距离可达1000m。
1.2 传感器设计
1.2.1 被动红外热释电传感器
人体有恒定的体温，一般在37℃，所以会发出特定波长为10μm左右的红外线。被动式红外探头就是靠探测人体发射的10μm左右的红外线而进行工作的。人体发射的10μm左右的红外线，通过菲涅尔滤光片增强后，聚集到红外感应源上。红外感应源泉通常采用热释电元件。这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时将会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后产生报警信号。
图8为双元热释电红外检测元件LHI968的内部电路。它由两个双元热释电陶瓷，感应红外信号，再经场效应管放大输出。D端的电阻和S端的电容具有抗电磁干扰能力。
图7
信号从S端引出经前级放大，通过47μF电容后再次放大，与设定门限电压进行比较，获得报警输出信号。47μF电容能够除直流成分，从而消除了使用环境（阳光、灯光、火源泉等）对探测器的影响，后面再加一延时触发电路以便主人设防与撤防。现在已有专用集成芯片BISS0001实现以上功能。为了适应主人进门时撤防的需要，设计一报警延时电路。延时长度须满足：当人以1m/s的速度从探测器的正前方移动0.2m，不产生报警；但移动3m应报警，测试速度应能检测0.3～3m/s或更宽的速度范围。
1.2.2 门磁传大吃一惊器
无线门磁传感器一般案卷在门内侧的上方。它由两部分组成：较小的部件为永磁体，内部有一块永久磁铁，用来产生恒定的磁场；较大的是无线门磁主体，内部有一个常开型的干簧管。当永磁体和干簧管靠得很近时（小于5mm），无线门磁传感器处于工作守候状态；当永磁体离开干簧管一定距离后，无线门磁传感器立即发射包含地址编码和自身识别码（也就是数据码）的433MHz的高频无线电信号。主机通过识别这个无线电信号的地址码，判断是否为同一个报警系统，然后根据自身识别码（也就是数据码），确定是哪一个无线门磁报警。
2 网络中心控制主机设计
网络中心控制主机设计与家庭控制器基本相同，只是加了一个RS232接口，实现与PC机相连。通过放在物管中心的PC机实现小区网络监控功能。
结语
采用现有电话网络，结合射频无线通信技术和单片机网络控制技术，使本防盗报警系统经济、可靠，组网灵活；家庭无需为传感器布线；具有广泛的市场发展前景。
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光电成像系统与人眼视觉的匹配问题论文
摘 要 ：以电视、激光成像和热成像系统为代表的光电成像系统在军事和民用上有着广泛的用途，但光电成像系统与人眼视觉的匹配问题仍是按现有理论和方法难以准确解释或定量描述的普遍问题。从理论上阐述了此问题的本质，说明了在这种匹配系统中存在系统的最佳匹配，且匹配状态直接影响光电成像系统的总体设计，并对如何描述这种关系进行一些说明和分析。
关键词 ：光电技术论文
前言：对光电成像系统性能的评价主要涉及光学系统和光电成像系统的优化。在对光电成像系统的优化过程中，涉及材料、机械和电子等多门学科。随着科技的不断发展，阵列探测器更新换代的速度相对较快，为了满足阵列探测器的发展需求，加强对光电成像系统的研究，并且对其进行性能优化具有重要的价值。
1.对光电成像系统的性能优化
对光电成像系统的性能优化目标主要是对光学和电学内容进行设计，并且提升光电成像系统的性能，同时降低系统的制作成本。在光电成像系统中，探测器的性能主要是由电荷扩散、几何尺寸和位相时钟等因素决定。在使用的过程中，探测器的性能同样受到环境、运输和温度等因素的影响。
在设计师对光学系统进行设计时，要根据成像倍率和瞬时视场角来决定光学系统的焦距;并且要根据信噪比来设计孔径;同时要根据尺寸来设计相应的视场角;另外，要根据使用换环境和加工难度来设计相应的传递函数余量。在理想的光学系统设计中，艾里斑直径为2.44λF，光学系统函数的截止频率为1/λF，探测器函数的截止频率为1/d，当艾里斑直径为1个像元时，艾里斑直径为d，光学函数截止频率为2.44/d。但是当艾里斑为一个像元时，系统明显的缺乏采样，继而会导致探测器受到一定程度的限制。当系统传递相应的频谱时，将会导致成像失真[1]。
针对系统成像的失真问题，设计师在设计系统的过程中，可以采用增加空间采样频率的方式来提升系统的分辨率。其主要体现在以下几个方面：第一，当系统的艾里斑直径为2个像元时，系统同样欠缺采样，这种设计方式主要应用于航空相机和空间相机，其传递函数相比于设计值较低。第二，当艾里斑函数为3个像元时，光电系统的.传递函数较为容易达到0.1，其一般应用于中小型的光电成像系统。第三，当艾里斑函数为4个像元时，光电系统的分辨率相对较高，适用于实验室等设计环境。由此可见，在光电成像系统的性能优化设计中，增加系统空间采样频率的方式可以较好的提升系统的分辨率，进而可以达到光电系统的使用性能[2]。
2 系统误差对函数的影响
在光学成像系统的设计中，由于涉及、制造和使用的过程中会出现相应的误差，继而会降低传递函数，从而会影响光电成像系统的使用性能。根据科学研究显示，其影响性能的因素主要体现在以下几个方面：
2.1波像差对函数的影响
在光学系统的设计中，波像差会对系统的分辨率产生较大的影响，而在系统的设计中，加工环境、设计和使用等变化均可以影响波像差的变化，从而会影响光电成像系统的使用性能。在光电系统的设计中，其下降因子与波像差之间的关系如公式1所示：
在公式1中，Wmrs是系统的波像差，单位是波长，ATF(v)是函数的下降因子，表示空间频率。当系统的Wmrs=0.05，0.07，0.1和0.125时，系统的下降因子会达到在最低值。因此，在设计师设计光学成像系统的过程中，需要对波像差和函数下降因子进行合理的分析，以便可以保证系统的使用性能[3]。
2.2离焦对函数的影响
在光学成像系统的设计中，需要对系统进行调焦，当调焦过程中出现误差，对系统的函数会产生较大的影响。当离焦的弥散斑直径是d的时候，离焦的函数如公式2所示：
在公式2中，MTF(u)为离焦，当探测器像元的尺寸分别为10%d-d时，离焦函数的下降幅度越来越大。在设计师设计系统的过程中，为了保证系统的分散率，必须将探测器的像元尺寸控制在30%d以内，以便可以保证光电成像系统的使用效率。
2.3像移对函数的影响
在光电成像系统的使用过程中，在曝光时间内，像在像面内会出现移动，从而会在一定程度上导致函数下降。像移主要包括线性异动、高频随机振动和正弦振动。当系统的线性位移数值为d时，系统函数如公式3所示：
在公式3中，ud主要代表空间频率，当系统探测器像元的尺寸分别为10%d、20%d、30%d、40%d、50%d和d时，像移的下降幅度会逐渐增大。
在光电成像系统的设计过程中，光电的函数主要是由波像差、离焦和像移的乘积得到。对于光学遥感中的光电成像系统，在设计的过程中，可以将空间频率设置在0.5左右，在光电系统加工后，其函数应该控制在0.2左右。而系统最终应用的函数应该控制在0.1左右[4]。因此，在光电成像系统的使用过程中，只有设计师根据实际使用要求来进行设计，才可以达到最佳的使用性能。
3 系统的平均传递函数
在光电成像系统中，光学传递函数在线性空间内属于不变的系统，但是探测器取样会不断的发生变化。在系统的使用中，为了满足系统的使用需求，设计师可以采用平均函数的方式来表示空间频率的变化，以便可以更好的对光电成像系统的性能进行优化。在光电成像系统的使用中，随着系统sin函数和cos数值的不断增加，系统的相位值会逐渐缩小，并且逐渐趋于标准理论值。在数据的使用过程中，规定相应的相位等于0.因此，在光电成像系统的设计过程中，设计师应该尽量的减少函数的数值，以便可以保证系统的分辨率。
4 系统的信噪比
在光电成像系统的使用过程中，信噪比是影响系统的重要指标。在信噪比的使用过程中，主要分为红外系统信噪比和光系统信噪比。其分别如公式4和公式5所示。
在公式4中，主要表示红外系统的信噪比，其中F为孔径数，L为地面的辐射亮度。通过公式4，可以较好的对系统的数值进行计算。
在公式5中，Se为信号电子数，Ne为噪声电子数，De为暗信号输出的电子数。在系统的设计中，设计师要根据实际情况来合理的选择信噪比的数值。
结语：光电成像系统的设计关系着其分辨率的大小，继而会影响人们对光电系统的使用性能。希望通过本文的相关介绍，设计师在设计光电成像系统的过程中，可以合理的设计像移、离焦和波像差，以便可以更好的提升光电系统的使用性能。
参考文献：
[1]石涵，都东，苏志宏，等.医用全身正电子发射成像探测系统技术的研发热点和进展[J].生物医学工程学杂志，2015，01(12)：218-224.
[2]张颖，牛燕雄，吕建明，等.星载光电成像系统建模与性能评估[J].激光与光电子学进展，2015，02(13)：148-154.
[3]乔健.舰载光电成像系统探测能力分析[J].光学精密工程，2013，10(10)：2520-2526.
[4]马东玺，张文博，范大鹏.光电跟踪伺服系统的输入多采样率满意控制[J].红外与激光工程，2011，12(12)：2484-2491.
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透光脉动传感器的影响因素研究 论文
透光脉动传感器是一种非接触式光电检测装置，通过对混凝过程中形成的絮体颗粒的检测，可以得到反映颗粒聚集状态的检测参数R。其检测不受混凝剂种类以及原水水质等条件的限制，其输出值不受取样管管壁的粘污以及电子元件老化、漂移等不利因素的影响，广泛适用于饮用水处理以及工业废水处理中混凝过程的在线连续检测[1]。以该传感器为核心的透光脉动混凝投药控制系统在高浊度水的混凝剂自动投加控制方面得到了良好的应用[2]，近年来开始在常规浊度水的混凝剂自动投加控制方面得到应用[3]。在实际使用中，透光脉动传感器的检测性能受诸多因素的限制。作者在综合实践应用经验和试验结果的基础上对透光脉动传感器的主要影响因素进行了研究，并确定了其最优工作参数。
1 透光脉动传感器
透光脉动传感器由水样检测部分和信号处理部分构成，分别完成信号的检测和处理，其工作原理如图1所示。由光源发射一束狭窄的光照射到传感器取样管中流动的悬浮液，透过光由光检测器接收并转换成电信号，然后通过后续的信号处理电路完成对电信号的处理，输出透光脉动检测值。检测值可以通过数码显示器（LED）显示，也可以通过输出端子输出，通过接口与计算机等连接，以实现检测值的在线采集和分析处理。
式中：L—取样管管径；
A—光柱有效照射面积；
Ni—第i种颗粒的数量浓度；
Ci—第i种颗粒的散射截面积。
从表达式可以看出，在被检测对象即悬浮液中颗粒的性质一定的情况下，检测值受光源的有效照射面积及取样管管径等因素的影响。在实际应用中，取样流速和传感器信号处理部分的放大倍数等因素也对检测值有明显影响，下面将对这些影响因素进行具体分析。
2 影响因素分析
2.1 光源的影响
对于透光脉动传感器来说，光源的选择无疑是至关重要的。受透光脉动检测技术的限制，只有当被测水样体积足够小时，颗粒的脉动现象才能被传感器检测到。在实际应用中为保证检测效果，必须尽量减小光柱的有效照射面积，因此应选择发射角小的光源，如激光二极管。
在水处理领域，国际标准化组推荐使用波长为860nm的近红外光和550nm的紫外光作为光源[4]。为了保证传感器的灵敏度，光源发射光的波长应随着被测颗粒尺寸的增大而增大，对于透光脉动传感器来说，它检测的是尺寸较大的絮体颗粒，因此宜选择发射波长为860nm的光源。在860nm处水中的溶解性物质对光的吸收非常弱，这一点对于没有色度补偿的透光脉动传感器来说很重要。
2.2 取样流速的影响
由透光脉动检测技术特性可知[5]，颗粒的脉动频率与取样流速有关，只有在保证最低取样流速，使得被检测水样能及时得到一定程度的更新的前提下，经过处理后的检测信号才能真实地反映出颗粒的脉动情况，且此时检测值应与取样流速无关。为了验证取样流速对检测值的影响，用内径为3mm的取样管分别对未混凝和混凝的悬浮液进行了连续检测。
对于未混凝的悬浮液，当取样流量小于20mL/min时，此时水样流速太小，脉动信号的频率过低，其在信号处理过程中被滤波电路滤掉一部分，从而导致检测值偏小。取样流量在20mL/min左右时检测值波动较大，而当取样流量大于25mL/min时检测值比较稳定，仅当取样流量达到100mL/min时，检测值才略有下降。从试验结果可得，当取样流量在25mL/min以上即取样流速在0.06m/s以上时，检测值与取样流速无关。
对于混凝的悬浮液，当取样流量为25~40mL/min即取样流速为0.06~0.094m/s时，流量变化对检测值的影响很小，而当取样流量大于50mL/min后，取样管中层流剪切力造成絮体明显破碎，导致检测值随流量的增大有明显的下降趋势，当取样流量降低后，絮体破碎程度降低，检测值则重新升高。
试验结果表明，当取样管管径为3mm时，对于未混凝的悬浮液，取样流速在0.06m/s以上时检测值与取样流速无关；而对于混凝的悬浮液，为了保证检测值能反映絮体颗粒真实的聚集情况，应尽量避免絮体在取样过程中的破碎，将取样流速合理的控制在0.06~0.094m/s。
2.3 取样管管径的影响
絮体在取样管中层流剪切力的作用下会有一定程度的破碎，检测值将受到影响。研究表明，层流的平均剪切率和管径的立方成反比，和流速成正比，因此除通过适当降低取样流速外，还可以通过增大取样管管径的方式来减小剪切率。
取样管管径可以根据使用目的以及所检测水样的絮凝情况综合考虑，例如在实验室小试研究中，为了尽量节约试验用水，取样管管径宜选择得小一些，如3mm，在适当控制取样流速的情况下，可以保证絮体基本不破碎。从图4可看出，当取样管管径小至1mm时管中的平均剪切率变得非常大，例如当取样流量仅为2.5mL/min时，剪切率即达到约300s-1，这样高的剪切率很容易造成絮体的破碎。因此，在实际应用中往往不是用1mm的取样管来检测颗粒的聚集过程，而是充分利用层流剪切力对悬浮液中颗粒的破碎作用，将其用于研究絮体颗粒的抗剪性能或者颗粒物质在悬浮液中的分散过程等[6]。
在水处理工艺中，混凝效果良好时形成的絮体颗粒粒径较大，絮体强度相对较小，特别是在原水浊度较高、投药量较大的情况下；另外，为了保证在长时间运行时取样管不易被沉积物堵塞，必须保证较大的取样流速，这样都容易导致絮体的破碎。当取样管管径仅为3mm时，颗粒破碎程度明显增大，此时需要选择管径较大的取样管。生产实践表明，当取样管管径增加到5mm左右时，就可以保证水样流过取样管时絮体基本不会破碎，当然，也可以根据原水性质选用直径更大的取样管，如在高浊度水絮凝过程的检测中则建议使用内径为8mm左右的取样管
2.4 放大倍数的影响
透光脉动传感器直接检测到的脉动信号很微弱，必须经信号处理部分放大和滤波等处理后才能参与控制。为了研究信号处理部分的放大倍数对检测值的影响，选取放大倍数分别为K1和K2的两个传感器进行了试验研究，在改变水样的絮凝程度时的检测
传感器的放大倍数K1较小，其检测值的变化幅度相当小，仅在1.2%~9.5%之间变化，而2号传感器的放大倍数K2较大，检测值在11.7%~50.7%之间变化，由此可见放大倍数对于检测值的输出具有相当大的影响。把两条曲线绘于不同的坐标下时发现其变化规律非常接近，说明两个传感器的检测性能基本相同，只是由于信号处理部分的放大倍数不同，导致输出值差异很大。
对于投药控制系统来说，传感器信号处理部分的放大倍数过高，检测值波动太大，导致系统稳定性差；放大倍数过低，检测值无法准确反映出絮体颗粒的变化情况，控制系统无法调节投药量，因此在控制系统投入运行之前必须调节好放大倍数。一般来说，放大倍数可以根据所检测水样的性质现场调节，其调节可以分为两步：首先将絮凝充分的水样通过传感器，调节放大倍数使得检测值在40%左右，然后较大幅度地改变取样流速或者水样的絮凝程度，使检测值大约在20%~80%之间变化即可。
3 结论
通过对传感器的工作参数进行优化，可以改善传感器的检测性能，使其在生产中获得更加良好的应用，主要应注意以下几个方面：
（1）光源应选择发射光的波长范围窄、发射角小的激光二极管等，波长宜选择860nm；
（2）对于混凝的悬浮液，其检测值受取样流速的影响，在生产中应合理控制取样流速；
（3）为了减小絮体在取样管中的破碎，应根据悬浮液的絮凝程度合理选用取样管，试验研究中一般选用1~3mm，生产应用中则选用5~8mm；
（4）传感器信号处理部分的放大倍数对检测值的输出有很大影响，为了保证控制系统的控制性能，必须合理确定好放大倍数，其值可根据被检测水样的性质在现场调节确定。
参考文献：
[1] Gregory, J. , Nelson, D.W. A New Optical Method for Flocculation Monitoring[A]. Solid-Liquid Separation[C]. Chichester,Ellis Horwood:1984.172-182.
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[5] Gregory, J. Laminar dispersion and the monitoring of flocculation processes[J]. J. of Colloid Interface Sci., 1987,118(2):397-409.
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