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基于AT89C51單片機(jī)的自主存包柜設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-3"\h\u279531引言 [14]。圖3-3光電傳感器與7LS244接口電路對(duì)于條形碼的識(shí)別電路來(lái)說,我們需要先對(duì)條形碼進(jìn)行掃描和錄入。也就是說,我們需要在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)出一個(gè)條形碼掃描系統(tǒng)。依照設(shè)計(jì)所需要的功能來(lái)說,是它自己能夠靠自身來(lái)發(fā)出光源,從而照射到條形碼上,再由條形碼進(jìn)行反射,反射回掃描器,再利用條形碼識(shí)別電路中自帶的光電轉(zhuǎn)換器接受反射的光線,經(jīng)過轉(zhuǎn)換器和放大電路將反射光線的不同變化轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào),然后傳送給單片機(jī),讓單片機(jī)可以進(jìn)行下一步的動(dòng)作。但是,不管你到底運(yùn)用了以哪種規(guī)則而打印制成的條形碼,其組成部分都是差不多的,都是包含有起靜區(qū)、始字符、終止字符與數(shù)據(jù)字符。除此之外,還有些條碼還有其他的組成成分,譬如還有校驗(yàn)字符,這種校驗(yàn)字符一般都處在終止字符和數(shù)據(jù)字符之間。3.4存包柜電磁鎖控制電路3.4.18255A簡(jiǎn)介8255A在單片機(jī)系統(tǒng)中運(yùn)用極其廣泛,是一種可編程的外部I/O口擴(kuò)展芯片。8255A包含有的8位并行I/O口有3個(gè),并且每個(gè)口有3種工作方式[15]。8255芯片的具體引腳信號(hào)如圖3-4。圖3-48255A引腳信號(hào)表3-18255A的端口尋址A1A0尋址端口說明00PA口存儲(chǔ)于外設(shè)交換的數(shù)據(jù)01PB口10PC口11控制口存儲(chǔ)對(duì)8255的控制字8255A擁有的不同的工作方式有3種,其具體的選擇可以根據(jù)系統(tǒng)的具體要求來(lái)選擇:方式0:在這種情況下,8255A并不需要我們自己手動(dòng)來(lái)聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)中任何出現(xiàn)的狀態(tài)的信號(hào)。三種口的具體情況是可以根據(jù)但是具體程序需求的設(shè)定,來(lái)確定到底三口那些可以作為輸入或者輸出。在這個(gè)樣子下,我們就擁有了16種不同輸入、輸出狀態(tài)的選擇。這里面有一種特殊情況,就是當(dāng)三種口全部都被當(dāng)為輸出口時(shí),此刻,作為輸出口的三種口所輸出的數(shù)據(jù)就會(huì)被立即鎖存。除此之外,其輸出或者輸入口所傳送的數(shù)據(jù)就不會(huì)被鎖存。方式1:在這種工作方式下,其具體情況則是由編程來(lái)選定A口是為輸入還是輸出口,此時(shí),則是由C口的高4位來(lái)提供單片機(jī)所能接收的相應(yīng)的控制和同步信號(hào);若選定B口為輸入或輸出口時(shí),則由C口的剩下的4位,也就是低4位來(lái)提供相應(yīng)的信號(hào)。方式2:此種狀況下,8255A就只能把A口,和C口的高4位當(dāng)為輸入/輸出的控制和同步信號(hào)。我們?cè)谶@個(gè)電路中,運(yùn)用到了方式0,這種工作模式下,有許多輸入、輸出方式可以選擇。3.4.28255A與單片機(jī)的連接三總線對(duì)接仍舊可以作為8255A與單片機(jī)的連接基本方法。如圖3-5,其連接圖采用了最簡(jiǎn)單的線譯碼和8位地址的連接方式。其中,PA口的地址具體為0XXXXX00,可取7CH;PB、PC和控制口便依次可取7DH、7EH、7FH,8位地址端口連接也可以用16位地址來(lái)尋址端口,因?yàn)榕c高8位地址無(wú)關(guān),只要低8位地址正確,就可以訪問端口,因此,其端口的地址也可以取FF7CH、FF7DH、FF7EH、FF7FH[15]。圖3-58255A與單片機(jī)的連接8255A的控制字共有兩種。一是方式選擇控制字,上面講述到8255A共有3種方式可以選擇,一開始先對(duì)8255A進(jìn)行一個(gè)初始化的編程,同時(shí)也需要向控制的寄存器寫入具體的工作方式,選擇控制字,以便后面規(guī)范芯片上個(gè)端口的具體工作方式。二是C口的按位置位/復(fù)位控制字,在以往的實(shí)驗(yàn)中,8255A中的端口C經(jīng)常被用于控制或者應(yīng)答的信號(hào),C口的所有引腳的輸出不能被單獨(dú)置1或者0,需要我們將按位置位/復(fù)位控制字寫入8255A的控制口。3.4.3基于8255A電磁鎖繼電器的控制開箱控制電路的具體工作功能則是用于打開相應(yīng)柜門門鎖的開關(guān)。系統(tǒng)總共控制著12個(gè)存儲(chǔ)柜的詳細(xì)的開關(guān),在這個(gè)電路中,PA、Pb、PC等16口線8255A被當(dāng)作輸出口。系統(tǒng)的一個(gè)輸出信號(hào)經(jīng)過三極管,并被其他設(shè)備放大,由此,我們就會(huì)驅(qū)動(dòng)一個(gè)電磁鎖來(lái)打開整個(gè)柜門的門鎖;于此同時(shí),我們還可以在每個(gè)柜體的門邊都安裝一個(gè)限位開關(guān),我們也就是通過這個(gè)限位開關(guān)來(lái)檢測(cè)整個(gè)柜門都是否真正關(guān)閉。若并沒有限位開關(guān)上,則系統(tǒng)就會(huì)適時(shí)選擇自動(dòng)報(bào)警,來(lái)及時(shí)的提醒所有顧客重新關(guān)門。在柜門設(shè)計(jì)方面,為了確保使用時(shí)的安全,鎖緊彈簧必須具有很好的傳遞彈性,并且所使用的驅(qū)動(dòng)式電磁鎖的功率應(yīng)該控制在20w以上。為了增加驅(qū)動(dòng)電磁鎖的驅(qū)動(dòng)效果,我們選擇兩級(jí)直流放大器驅(qū)動(dòng)電磁鎖[16]。一個(gè)電磁閥控制著一個(gè)柜子的柜門。舉個(gè)例子,如果此刻單片機(jī)正好處于工作狀態(tài),此時(shí)若有一個(gè)條形碼需要檢測(cè),就會(huì)傳送相關(guān)的信號(hào)給單片機(jī),就會(huì)對(duì)其進(jìn)行條形碼比對(duì)和核實(shí),若條形碼正確后,便可以給電磁傳輸器上的線圈傳輸一個(gè)特定的信號(hào),給電磁傳輸器上的線圈一個(gè)通上了電,開始運(yùn)行,就會(huì)使控制柜的門打開。 圖3-6單個(gè)電磁鎖與8255A的連接3.5存包柜門限位開關(guān)模塊限位開關(guān)是一種迪阿尼開關(guān),在電路操作中主要是用于限制機(jī)械設(shè)備的極限位置。在一般電路中,我們一般都會(huì)選擇APDS-9002限位開關(guān),原因是:(1)工作穩(wěn)定,單桿探頭,靈敏度好。(2)其性能較為穩(wěn)定,其并不易受被檢測(cè)物質(zhì)的各自所帶的特定的性質(zhì)的影響,并且安裝后就可以長(zhǎng)時(shí)間使用,即無(wú)需再去后期調(diào)整調(diào)整即可穩(wěn)定地投入后面電路中的使用(3)其由不銹鋼管制成的限位開關(guān)的探頭不易生銹,較為耐用,并且其壓電元件是嵌入桿中的,而且管壁厚。而且其消振管就僅僅只有9mm(在同類型的消振管之中最短),所以它就最為耐重載,且安全可靠,使用壽命長(zhǎng)。(4)靈敏度(高、中、低)可根據(jù)不同對(duì)象進(jìn)行調(diào)整。(5)該限位開關(guān)采用了15A的大容量的接觸繼電器開關(guān),可直接控制電機(jī)。·圖3-6限位開關(guān)與7LS244接口連接3.6鍵盤電路如果,想通過肉眼來(lái)判斷其鍵盤的狀態(tài),是基本不可能的,因?yàn)槠涓緹o(wú)法用肉眼來(lái)進(jìn)行觀察。但是,我們可以借助一種檢測(cè)方式來(lái)判斷鍵盤的狀態(tài),那就是對(duì)于電平的檢測(cè)。電路中,就可以憑借這個(gè)來(lái)判斷此刻的鍵盤到底為閉合還是斷開的狀態(tài)。具體設(shè)計(jì)中,其中的閉合按鍵用“0”來(lái)表示,那么“1”就可以當(dāng)作松開按鍵。在鍵盤總體電路中,對(duì)于鍵盤的控制,我們選擇的是微動(dòng)開關(guān)。這種開關(guān)的好處的是,在日常使用中,當(dāng)顧客按下按鈕后,按鍵會(huì)被按下,但是一旦顧客松開了手,那么按鍵就會(huì)彈回去,回到它原本的樣子。不會(huì)在實(shí)際操作中,因?yàn)槿藶榈脑颍┤缍秳?dòng)或者勁兒使大了,而對(duì)開關(guān)造成一定的損耗,這樣可以避免了很大程度的人工維護(hù)。但是,雖說可以減少,但也無(wú)法完全避免,在日常工作中,為了完全避開這些干擾,使對(duì)于鍵盤狀態(tài)判斷的電平檢測(cè)能夠時(shí)時(shí)有效,不產(chǎn)生誤差,可以讓檢測(cè)延時(shí),這樣我們就可以避開這些干擾,確保我們的每次電平檢測(cè)都是準(zhǔn)確無(wú)誤的,這樣的操作一般叫做延時(shí)去抖[17]。根據(jù)在實(shí)際使用中所需的鍵盤,所以我在這次設(shè)計(jì)中安放了一個(gè)格式為3*4的矩陣式鍵盤,一共只有12個(gè)獨(dú)立的按鍵。其中,每一個(gè)獨(dú)立的小按鍵都擁有兩個(gè)分開的引腳,在實(shí)際的連接電路中,這兩個(gè)引腳的其中一個(gè)會(huì)與行線相連接,剩下一個(gè)引腳就連接在列線上,按照線性代數(shù)中的4階矩陣的樣子進(jìn)行排列和布局。這樣的話就需要4根行線和3根列線,總計(jì)7根線,也就是說需要占用單片機(jī)的7個(gè)引腳,大大減少了占用接口。矩陣鍵盤有多種方法來(lái)檢驗(yàn)按鍵,在這一次設(shè)計(jì)中使用逐行掃描檢測(cè)。P1.0-P1.3接行線,PC.3-PC.5與列線相連。檢測(cè)過程如下:首先,將電路中所需要檢測(cè)按鍵全部按一遍。在鍵盤中,輸出線是行線,并且設(shè)置為0,以4條列線作為輸入線,那么只需要列線上進(jìn)行檢測(cè),哪一條列線上有0電平,就說明在這一條列線上有按鍵被按下。能夠確認(rèn)其鍵盤的具體位置。在第一步中,我們已經(jīng)確認(rèn)好在電路中,鍵盤的列線應(yīng)該給什么端口相連,剩下的,就是要去把行線與芯片端口相連接。在實(shí)際操作中,我們需要先將上一步中確認(rèn)好的列線全部置為1狀態(tài),隨后我們可以選擇剩下的一根行線,來(lái)作為輸出線,并且將其置為0這個(gè)狀態(tài),剩下的3跟行線全部為1狀態(tài),這樣我們輪換檢測(cè)這3跟空閑的行線上是否能檢測(cè)出0信號(hào)。如果我們?cè)谌我庖桓芯€上檢測(cè)到0,這就說明這根行線上有鍵盤的存在。通過這樣的檢測(cè),我們就可以來(lái)詳細(xì)的確認(rèn)按鍵在電路中的具體位置。需要我們?nèi)ザ噙M(jìn)行幾次重復(fù)上面寫到的第二步,以此來(lái)確定所有按鍵的位置狀態(tài),然后就可以給電路中出現(xiàn)的所有按鍵各自的定義,并且并不是隨意給的,而是需要與之前設(shè)置好的一定的給定數(shù)值一一對(duì)應(yīng)。在電路圖中,矩陣按鍵具體的接線方式如下圖3-7所示。圖3-7矩陣鍵盤3.7報(bào)警電路在報(bào)警電路中,其中的R1的具體阻值正常來(lái)說都會(huì)控制在180~290kΩ這個(gè)數(shù)值區(qū)間內(nèi),實(shí)際效果來(lái)說,其的報(bào)警聲也隨著R1的阻值的改變而有產(chǎn)生改變,阻值越大,報(bào)警的聲音就會(huì)越來(lái)越明顯并且尖銳刺耳;反之,則會(huì)越來(lái)越小,并且越來(lái)越低沉。綜合設(shè)計(jì)所想要的和日常較為理想的效果,我們比較優(yōu)先會(huì)去考慮選擇的是警戒聲,也就是聲音報(bào)警。因?yàn)樗谌粘I钪斜容^明顯且能較為容易被顧客或者工作人員發(fā)現(xiàn)[18]。聲音報(bào)警器開關(guān)與單片機(jī)的連接如圖3-8所示。圖3-8聲音警報(bào)電路圖3.88255A與打印機(jī)連接如圖3-8是8255A與打印機(jī)數(shù)據(jù)口和狀態(tài)判斷口的具體連接電路。在這個(gè)電路中,打印機(jī)與單片機(jī)連接的方式主要是采用查詢方式來(lái)交換數(shù)據(jù)。其中有兩個(gè)狀態(tài)判斷口,BUSY和。當(dāng)打印機(jī)忙碌時(shí),也就是此時(shí)打印機(jī)正在打印,無(wú)法完成額外的工作時(shí),此時(shí)狀態(tài)口BUSY輸出為1,反之,空閑時(shí)BUSY就會(huì)輸出為0。微型打印機(jī)的數(shù)據(jù)輸入采用選通控制,當(dāng)產(chǎn)生負(fù)跳變時(shí),數(shù)據(jù)就能進(jìn)入打印機(jī)。因?yàn)樵趯?shí)際電路地連接中,打印機(jī)無(wú)法直接和單片機(jī)直接連接,因?yàn)榇蛴C(jī)所需連接地端口實(shí)在太多,若打印機(jī)直接與單片機(jī)相連,則無(wú)法再連接其他的器件,這樣就會(huì)顧此失彼。所以,綜上所述,我們可以巧妙地運(yùn)用到8255A地性能:能夠擴(kuò)展輸入輸出口,來(lái)通過這個(gè)橋梁來(lái)連接到單片機(jī)上[19]。圖3-8單片機(jī)擴(kuò)展8225A與打印機(jī)接口按照接口電路,只要單片機(jī)從P0.7傳送的第7位地址為0即可選中8225.這就確定了A口的地址為0xxxxx00。取7CH作A口地址,則B、C、控制口地址分別為7DH、7EH、7FH。A口作為打印機(jī)傳送數(shù)據(jù)的輸出口,從PC7輸入打印機(jī)的狀態(tài)信號(hào),PC0產(chǎn)生選通控制信號(hào),可設(shè)置PC7~PC4為輸入口,PC3~PC0為輸出口。在這個(gè)電路中,具體的方式的字可以設(shè)置為10001xx0,取8EH作方式控制字。4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)為了使整個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用程序清楚、易于進(jìn)行調(diào)試和修改,在應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)過程中把系統(tǒng)的各項(xiàng)功能分解成若干個(gè)組件。為每個(gè)組件和部分的所有功能都準(zhǔn)備了一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的應(yīng)用程序塊,每個(gè)應(yīng)用程序在開始運(yùn)行時(shí)都要負(fù)責(zé)其職權(quán)。4.1主程序模塊這個(gè)掃描模塊的主要工作功能如圖4-1所示。系統(tǒng)一開始就是進(jìn)行一個(gè)空箱檢測(cè),檢測(cè)柜內(nèi)是否存有物品。如果柜內(nèi)并無(wú)物品時(shí),就可以進(jìn)行給顧客分配空柜這一動(dòng)作,需要顧客去按下“存”鍵,此時(shí),存包柜就會(huì)自動(dòng)打開空柜,以供顧客進(jìn)行存包這一舉動(dòng),除此之外,還會(huì)隨之進(jìn)行打印條形碼。如果檢測(cè)到柜內(nèi)存有物品,就只能相對(duì)應(yīng)進(jìn)行取包,這時(shí)就需要顧客將之前打印出來(lái)的條形碼靠近掃描器,由掃描器進(jìn)行讀取和轉(zhuǎn)化傳送,然后就會(huì)打開之前存包的那個(gè)柜,讓顧客拿出自己的物品,并關(guān)門,在這里,還有一個(gè)關(guān)門檢測(cè),檢測(cè)顧客是否關(guān)好門。若沒有關(guān)好,就會(huì)出發(fā)報(bào)警電路,提醒顧客,反之,則不會(huì)。圖4-1主程序流程圖4.2條形碼掃描程序模塊在條形碼掃描的具體程序模塊中,將條形碼靠近條形碼掃描器,條形碼掃描器可以自身發(fā)光,這時(shí)就把光照射到條形碼上。因?yàn)?,條形碼由許多寬度不一致的黑白條組成,又因黑白兩種顏色對(duì)于各種波長(zhǎng)的吸收度大相徑庭。故而當(dāng)光照射到條形碼之上時(shí),就會(huì)隨之反射不同的光。折射后的光依舊照射回掃描器內(nèi),由其內(nèi)部所包含的光點(diǎn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)化成單片機(jī)可以直接接收的電信號(hào)。在經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換器后,還要經(jīng)過一個(gè)放大電路和一個(gè)整形電路,放大電路的作用是將接收到的信號(hào)增強(qiáng),易于下一步的工作,而整形電路則是用來(lái)將接收到的模擬的信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào),便于單片機(jī)反應(yīng)。在條形碼上,其中的白條和黑條的寬度大不同,那么由此產(chǎn)生的相應(yīng)的電信號(hào)的作用時(shí)間也大不相同。遂后譯碼器通過由整形電路整形后的數(shù)字電路的檢測(cè),來(lái)檢測(cè)0和1這兩個(gè)數(shù)字信號(hào)的數(shù)量,來(lái)判斷條形碼上黑白條的數(shù)量。usinaSystem;usinaSystemWindowsForm;namespaceWindowsFormsApplication1{publicpartialclassForm1:Form{PublicForm1(){InitializeComponent();}privatevoidForm1Load(objectsender,EventArgse){thisute1Focus();}privatevoidute1KevPress(objectsender,KevPressEventArgse){If(e.KeyChar==13){Strinabarcode=ute1.Text.Substring(ute1.Text.Length-8,8).ToUpper();If(!BarcodeUtility.CheckBarcode(barcode)){ul.Text=barcode;}Else{ul.Text="條形碼掃描錯(cuò)誤";}ute1.Clear();ute1.Focus();}}}}4.3打印機(jī)打印程序向打印機(jī)輸出字符串“WELCOME”的程序如下:#include<absacc.h>/*包含絕對(duì)地址訪問頭文件*/#include<reg51.h>/*包含特殊功能寄存器定義頭文件*/#defineucharunsignedchar#defineCOM8255XBYTE[0x007f]/*命令口地址*/#definePA8255XBYTE[0x007c]/*A口地址*/#definePC8255XBYTE[0x007e]/*C口地址*/voidtoprn(uchar*p)/*打印字符串函數(shù),形參為通用指針*/{While(*p!=’\0’){While((0x80&PC8255)!=0);/*查詢等待打印機(jī),若BUSY=1,則等待*/PA8255=*p;/*輸出字符*/COM8255=0x00;/*模擬STB脈沖*/COM8255=0x01;P++;}}Voidmain(void){ucharidataprn[]="WELCOME";/*設(shè)測(cè)試用字符串*/COM8255=0x8e;/*輸出方式選擇命令*/toprn(prn);/*打印字符串*/}5總結(jié)與展望自主存包柜在日常生活中較為常見,因?yàn)樗麄冋嫉孛娣e和空間較小、功耗低、便于使用、降低人工成本,并且在使用過程中,便于使用,且安全度較高。在電路連接中,PC機(jī)的端口需要采用串行這一連接方式,才能和與單片機(jī)實(shí)現(xiàn)連接,這樣可以使得電路圖中的外圍電路和接口上面的接口都比較簡(jiǎn)單,不會(huì)再連接上,因?yàn)榫€路過多而導(dǎo)致連接錯(cuò)誤或者缺少鏈接,這樣大大提高了電路連接的成功率。其中,單片機(jī)芯片將直接將行列排序的鍵盤納入控制,可以根據(jù)當(dāng)時(shí)單片機(jī)發(fā)出的不同的輸出信號(hào),來(lái)進(jìn)行實(shí)施不同的功能。在實(shí)際使用過程中,可以實(shí)現(xiàn)的具體功能為取包、存包、打開柜門、打印條形碼、條形碼識(shí)別、報(bào)警等。具體做了以下幾方面工作:根據(jù)當(dāng)時(shí)選定此課題時(shí)所設(shè)想和后續(xù)所了解到的設(shè)計(jì)的目的和意義,通過對(duì)于國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀和過去的發(fā)展情況,對(duì)于設(shè)計(jì)中所用到的所有芯片以及器件都進(jìn)行了深刻的了解和學(xué)習(xí)。并且,在一票單片機(jī)中,最后選定以AT89C51、8255A、74LS244等芯片為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)了自主存包柜的總體設(shè)計(jì)。2.在正文中,對(duì)于AT89C51的具體的引腳和詳細(xì)的功能進(jìn)行了深入的了解和闡述,對(duì)于為八狀態(tài)緩沖器的74LS244的管腳和具體的功能以及可以對(duì)于單片機(jī)的I/O口進(jìn)行擴(kuò)展的芯片的8255A的引腳和端口進(jìn)行了詳盡的解釋,為后面所出現(xiàn)的系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)和軟硬件設(shè)計(jì)打好了基礎(chǔ)。3.依照一開始設(shè)想的具體功能,來(lái)設(shè)計(jì)出了自主存包柜系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)圖,以此來(lái)給了其中的硬件和軟件方面的顯示提供了基礎(chǔ)方案。但是,即使這個(gè)基于單片機(jī)來(lái)進(jìn)行自主存包柜的設(shè)計(jì)系統(tǒng)中有許多優(yōu)點(diǎn),但是在我完成這些工作的過程中也發(fā)現(xiàn)了很多,這個(gè)設(shè)計(jì)所占露出的弊端1萬(wàn)一顧客將打印出來(lái)的條形碼丟失或者損壞了條形碼,無(wú)法進(jìn)行條形碼掃描整個(gè)一程序時(shí),顧客就無(wú)法拿出寄存的物品了,那么就需要考慮,在打印條形碼時(shí),是否可以將條形碼備份并傳輸?shù)筋櫩偷囊苿?dòng)設(shè)備,譬如手機(jī)上,或者是否可以直接省略打印條形碼這個(gè)一動(dòng)作,直接設(shè)計(jì)出一個(gè)程序,可以通過一定的手段,將條形碼傳輸?shù)筋櫩褪謾C(jī)上,這樣就可以避免因?yàn)闂l形碼的丟失或者損壞而無(wú)法自主的開箱。2由于條形碼是由單一的黑白條反射轉(zhuǎn)化成高低電平,進(jìn)行識(shí)別,那么,是否存在一個(gè)被破解的潛在危險(xiǎn)。這樣,就需要我們來(lái)考慮,如何提高條形碼的密碼安全性。舉個(gè)例子,我們可以在條形碼中放入一些虛假的黑白條。假設(shè)在條形碼中一共設(shè)計(jì)十二位,我們可以將4-8位、9-11位設(shè)置成虛假位,條形碼的識(shí)別并不將這些虛假位納入識(shí)別。這只是一個(gè)例子,或許有不完善的地方,還可以想出更好的方法。

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