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溫度傳感器

傳感器設計測溫系統:基于單片機和溫度傳感器實現專用測溫系統的設計

發布日期:2022-10-09 點擊率:66


傳感器設計測溫系統:基于單片機和溫度傳感器實現專用測溫系統的設計  第1張

傳感器設計測溫系統:基于單片機和溫度傳感器實現專用測溫系統的設計

引言
在許多傳統行業中,多路高精度溫度采集系統是不可或缺的。電廠、石化行業、鋼鐵廠以及制藥廠等企業生產過程中,普遍存在著需要進行溫度測量的場合。利用單片機和溫度傳感器組成的專用測溫系統由于具有結構簡單、工作可靠、價格低廉的優勢,而得到了廣泛的應用。應用在電力系統中,當電力機房中的控制柜、電纜、電容、開關過載或損壞時,都會產生巨大的熱量如不及時發現處理,往往會導致事故或火災的發生。

系統方案
本裝置結構(圖1)可以大致分為:采集部分、供電電源系統、通訊部分。采集部分是通過主核心芯片AT89S52單片機和DALLAS最新單線式數字溫度傳感器DS18B20組建采集網絡完成。DS18B20采集溫度測量范圍為-55~+125℃,多個DS18B20 可以并聯在唯一的三線上,實現多點測溫,可節省大量的引線和邏輯電路。DS18B20 非常適用于遠距離多點溫度檢測系統,通過兩種通訊方式實時上傳溫度數據,這兩種通訊方式為 RS485通訊和RS422通訊,在RS485通訊中用ADI公司的串行RS485接口芯片ADM2483,它是雙電源供電,輸出和輸入完全隔離的RS485芯片,可以加強對有效信號的接受與發送,增加了遠距離通訊的可靠性。而RS422通訊實現了全雙工的通訊機制,在另一端采用光耦隔離的方式,將電源和信號隔離,增加了信息傳輸的正確率和抗干擾性,保證了信息的完整性。
系統硬件設計
采集電路
原文位置  以AT89S52單片機為核心,外置看門狗X5045和一片11.0592MHz晶振構成最小單片機系統,應用AT89S52單片機的I/O口雙向傳輸數據的功能,P3.4與DS18B20一線總線連接,實現對DS18B20進行讀取和寫入操作,在總線上加入一個上拉電阻,這個電阻可以根據加入網絡DS18B20的多少和采集距離的長短來改變電阻阻值。利用P3.0和P3.1特殊功能I/O口定義,做為通訊的收發器。P2.0應用AMD2483的使能控制引腳。在此應用JTAG標準仿真接口設計,通過JTAG接口將程序下載到AT89S52芯片中。實現操作功能。采集電路如圖2所示。
電源
原文位置  在進行系統運行時,不可缺少的就是電源的穩定性和可靠性,AMS1117-5.0具有限流和過熱自動關斷保護功能,其內置的帶隙基準可以保證輸出電壓的誤差精度。在輸出端需要連接一個至少10mf的鉭電解電容用于提高輸出端的瞬態響應和穩定性。主要為單片機及周圍電路供電。B0505S-W5是金升陽公司的一款專門針對線路板上分布式電源系統中需要產生一組與輸入電源隔離的電源的應用場合而設計的,在此為內部隔離的ADM2483提供隔離電源和MAX488通訊提供隔離電源。從而使信號的傳輸更加可靠。電源電路示于圖3。
通訊
原文位置  在通訊中分為RS485通訊和RS422通訊。RS485通訊采用的ADM2483是ADI公司的串行RS485接口芯片,采用雙電源供電,輸出和輸入完全隔離的RS485芯片,可以加強對有效信號的接收與發送,增加了遠距離通訊的可靠性。配合555的定時器的功能,EA_485在通常情況下處于低電平接收狀態,當TXD_IN有信號輸出時使能EA_485變為高電平,將數據發送出去。當發完這段數據時EA_485自動回到低電平接收狀態,發送數據這段時間是由R5×C5決定的,能夠確定數據傳輸的完整性;RS422通訊上位機通過A、B端輸入命令,這是RS422接收器端口,Y、Z接收命令,這是RS422的發送器端口。在RS422的另一端采用光耦隔離的方式,將電源和信號隔離,增加了信息傳輸的正確率和抗干擾性,保證了信息的完整性。LED、LED1分別指示信息接收指示和發送指示??梢灾庇^的監測信息的傳輸過程。通訊電路如圖4所示。
系統軟件設計
在多路高精度測溫系統中,測溫單元能獨立進行數據采集與上位機的數據通訊,向上位機(主機)發送測量到的溫度數據,接收上位機發來控制指令,進行傳輸數據,與上位機通訊的指令采用定長的CDT代碼指令,并有CRC糾錯以保證數據正確傳輸。軟件流程圖如圖5所示。
在多點溫度測量系統中,單總線數字溫度傳感器(例如DS18B20)因其體積小、構成的系統結構簡單等優點,應用越來越廣泛。每一個數字溫度傳感器內均有唯一的64位序列號(最低8位是產品代碼,其后48位是器件序列號,最后8位是前56位循環冗余校驗碼),只有獲得該序列號后才可能對其進行操作,也才能在多傳感器系統中將它們一一識別。由于傳感器序列號的最低8位為產品代號,“需要的位值”可按對應的值給出,關鍵是其后的48位器件序列號的識別。這里采用了“完全二叉樹”的排序思想(圖6)。具體思路:設在K位首次發生數據位沖突,這時所有的傳感器分成兩類,即該位為1的傳感器和為0的傳感器?!靶枰奈恢怠苯o1,K位為1的傳感器仍掛接在總線上。若接下來K+M、K+N位發生數據位沖突,“需要的位值”仍分別給1,獲得一個序列號。下一個過程在K、K+M位“需要的位值”仍給1,但在K+N位則給0,獲得另一個傳感器的序列號。第三個過程在K位仍給1,而在K+M位給0,在這條支路上繼續識別。K位為1的傳感器的序列號識別完后,回到K位時,“需要的位值”給0,按同樣的方法識別該支路的傳感器序列號。按此思路,多個傳感器的序列號只需要分別識別一次。
建立關系表后,編制好程序,系統可投入運行。讀取每個測溫點的溫度時,需要用到“符合”ROM命令,該命令要求將關系表中的序列號取出送到總線上,只有序列號與之相符的傳感器才掛接在總線上,可讀取其溫度。
綜上所述,用簡單的硬件以及編程方法自動建立關系表,在單總線多點溫度測量系統中實現了數字溫度傳感器的自動識別,大大有利于系統的調試、維護,減少維護工作量,并解決了過去維護工作必須由專業人員來完成,而不是由運行人員來完成的不便。
結語
此裝置采用51系列單片機作為主CPU,成本低,通訊可靠性好,實時性高,已經完成樣機試制,通過相關測試,并投入生產。本產品已經應用在電力系統監測蓄電池周圍八路各點溫度,并上傳給后臺。運行穩定,取得了良好的社會效益和經濟效益。
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傳感器設計測溫系統:數字測溫系統的設計

摘要:溫度是一個非常重要的參數,傳統測量已不滿足要求,因此設計一種低功耗的無線溫度檢測系統很有意義。本文提出一種以低功耗單片機STC89C52RC實現的無線溫度測量系統,它由溫度測量、處理和溫度值顯示三部分構成。測量采用單總線數字溫度傳感器DS1820。溫度傳輸采用超低功耗發射接收模塊nRF24L01,以SPI通信方式與處理器通訊。
關鍵詞:STC89C52RC;低功耗;無線;數字化;SPI總線
The Design Of Digital Temperature Measurement System
WU De-dao, SHAO Long-an
(The Department of Engineering, College of Arts and Technology, Ceramic Institute, JingDeZhen , JiangXi)
Abstract: Temperature is a very important parameter. The traditional measurement had not meet the requirements. Therefore, designing a low-power wireless temperature testing system is very meaningful. This paper presents a temperature measurement system method based on low-power MCU STC89C52RC, It consists of temperature measurement, temperature treatment and temperature display, which is composed of three parts. Temperature measurement using a single bus system with digital temperature sensor DS18B20, Temperature transmission using ultra-low power transmitter receiver module nRF24L01, the SPI communication with the processor communication.
KEYWORDS: STC89C52RC;Low-Power;Wireless;Digital;SPI bus
0 引言
溫度是日常使用最廣泛的參數之一,幾乎涵蓋了各種領域。對于惡劣環境下溫度測量難的問題,提出了一種基于無線數據傳輸與一線數字式溫度傳感器的溫度測量電路設計方案,使顯示終端與溫度測量探頭分離,避免了測試人員置身于危險、惡劣的環境中測試溫度帶來的危險。
傳統的溫度測量,無法適用于遠距離溫度測量。隨著無線通訊技術的發展,讓它能夠適應在環境比較惡劣的場合,而達到有線方式不能完成的任務。以互聯網為基礎,通過分布在各地的傳感器感知這個世界變化。將來,溫度測量也必將是組網測量,通過網絡進行信息傳輸。無線技術與互聯網技術的結合,給我們提供了很大的想象空間。通過在現場設置一個無線數據采集基點,接收各種傳感器發送的數據,再通過互聯網的傳輸,使在千里之外感知生產過程將變成一件非常容易的事情。
本文采用高度集成的射頻芯片,大大簡化系統的硬件和軟件設計,減小了體積,提高了系統工作的可靠性,并以無線數字通訊為紐帶,方便了在惡劣環境下的溫度采集。
1 總體設計
數字測溫系統的設計包含兩個部分:一是溫度測量(發射)電路,一是溫度處理(接收)電路。溫度測量部分由傳感器、MCU、和無線發射模塊構成。溫度處理部分由無線接收模塊、MCU、與溫度顯示的接口電路構成。
2 接口設計
2.1溫度傳感器與單片機連接
下圖是單片機(STC89C52RC)與溫度傳感器(DS1820)的連接:
例如可以選擇nRF24L01――一款無線收發裝置且具有輸出功率、頻道選擇和協議設置可通過SPI接口來設置的特點。
2.2 顯示模塊與單片機連接
本設計以LCD1602作為顯示模塊來與單片機相連,其中DB0~DB7與單片機P1(P1.0~P1.7)口對應連接,在具體的實物連接時,視情況連接上拉電阻。
3低功耗設計
本設計中采用4項措施來降低系統整體功耗:① 動態電源管理――主要把閑置的系統部分置于低耗能狀態,如計數器、硬件控制器或軟件控制;② 動態電壓縮放――允許電壓調節過程中改變CPU核心處理器的工作電壓,如通過降低時鐘頻率來達到減少功耗的目的;③ 硬件低功耗的設計,如本設計采用的STC系列單片機,在機器空閑時采用睡眠方式節省系統功耗,用中斷方式喚醒系統;④ 軟件低功耗的設計,如在部分單片機程序設計代碼的優化和指令的精簡;通過以上措施來使得整個系統在能耗上能盡力滿足大面積的使用與嵌入式的集成。
4 結論
本設計電路結構簡單,采用STC89C52單片機為核心,以DS1820為溫度傳感器,無線收發模塊nRF24L01來發送和接收數據,本系統還可以加入電源管理芯片來進一步降低系統功耗。
主要參考文獻:
1. 徐泳龍.單片機原理與應用.北京:機械工業出版社,2004
2. 謝維成,楊加國.單片機原理與應用.清華大學出版社,2009
3. 賈振國,于德榮,許林.數字溫度傳感器的應用.東北水利水電.省略

傳感器設計測溫系統:熱電偶傳感器測溫系統的設計應用

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產品類型特性

熱電偶傳感器類型?:
Type J Thermocouple

熱電偶類型?:
J

型號?:
200

導線/覆層類型?:
鐵/康銅

結構特性

熱電偶傳感器連接器類型?:
Mini Flat Pin Thermocouple

尺寸

導線長度?:
914?mm?[?36?in?]

直徑?:
3.18?mm?[?.125?in?]

長度?:
76.2?mm?[?3?in?]

使用環境

環境溫度范圍?:
-50 – 250?°C?[?-58 – 482?°F?]

誤差極限/溫度精確度?:
...發表于 2021-08-20 21:00?
3次閱讀氣化爐高溫表面熱電偶的設計和選型氣化爐內高溫熱電偶采用B分度的雙鉑銠熱電偶測量,它不僅要承受約1300~1500℃的高溫,而且要耐受....發表于 2021-08-11 10:21?
82次閱讀CAT-TCS0030 CAT-TCS0030 ...看產品文檔或聯系我們以了解最新的機構審批信息。?

產品類型特性

熱電偶傳感器類型?
Thermocouple

熱電偶類型?
E, J, K, T

型號?
231, 232

參考編號

TE 內部編號
CAT-TCS0030發表于 2021-07-31 15:00?
6次閱讀CAT-TCS0031 CAT-TCS0031 ...看產品文檔或聯系我們以了解最新的機構審批信息。?

產品類型特性

熱電偶傳感器類型?
Thermocouple

熱電偶類型?
E, J, K, T

型號?
1022

參考編號

TE 內部編號
CAT-TCS0031發表于 2021-07-31 14:00?
6次閱讀CAT-TCS0032 CAT-TCS0032 ...看產品文檔或聯系我們以了解最新的機構審批信息。?

產品類型特性

熱電偶傳感器類型?
Thermocouple

熱電偶類型?
E, J, K, T

型號?
1023

參考編號

TE 內部編號
CAT-TCS0032發表于 2021-07-31 14:00?
4次閱讀CAT-TCS0003 MODEL 201 熱電...看產品文檔或聯系我們以了解最新的機構審批信息。?

產品類型特性

熱電偶傳感器類型?
Thermocouple

熱電偶類型?
E, J, K, T

型號?
201

結構特性

熱電偶傳感器連接器類型?
Stripped Lead Ends

尺寸

直徑?(in)
.125, .188, .25

使用環境

誤差極限/溫度精確度?
標準限制/+- 1 °C, 特殊誤差極限

包裝特性

熱電偶傳感器包裝?
Stainless Steel Probe with 1/2NPT compression fitting, Stainless S...發表于 2021-07-29 20:00?
16次閱讀CAT-TCS0004 MODEL 202 熱電...看產品文檔或聯系我們以了解最新的機構審批信息。?

產品類型特性

熱電偶傳感器類型?
Thermocouple

熱電偶類型?
E, J, K, T

型號?
ANDO-202

結構特性

熱電偶傳感器連接器類型?
Miniature Jack, Miniature Plug, Miniature Plug and Jack, Standard Jack, Standard Plug, Standard Plug and Jack

尺寸

直徑?(in)
.125, .188, .25

使用環境

誤差極限/溫度精確度?
標準限制/+- 1 °C, 特殊誤差極限

包裝特性

...發表于 2021-07-29 20:00?
19次閱讀CAT-TCS0005 MODEL 203 熱電...看產品文檔或聯系我們以了解最新的機構審批信息。?

產品類型特性

熱電偶傳感器類型?
Thermocouple

熱電偶類型?
E, J, K, T

型號?
203

尺寸

直徑?(in)
.125, .188, .25

使用環境

誤差極限/溫度精確度?
標準限制/+- 1 °C, 特殊誤差極限

包裝特性

熱電偶傳感器包裝?
Stainless Steel Probe

其他

接線接地?
已接地, 未接地

參考編號

TE ...發表于 2021-07-29 20:00?
17次閱讀CAT-TCS0006 MODEL 415,41...看產品文檔或聯系我們以了解最新的機構審批信息。?

產品類型特性

熱電偶傳感器類型?
Thermocouple

熱電偶類型?
E, J, K, T

型號?
ANDO-415, ANDO-416, ANDO-417, ANDO-418

使用環境

環境溫度范圍?
-100 – 250?°C?[?-148 – 482?°F?]

誤差極限/溫度精確度?
標準限制/+- 1 °C, 特殊誤差極限

包裝特性

熱電偶傳感器包裝?
With Feedthrough, Without Feedthrough

其他

接線接地?
已接地, 未接地

參考編號

...發表于 2021-07-29 20:00?
19次閱讀CAT-TCS0007 MODEL 624 熱電...看產品文檔或聯系我們以了解最新的機構審批信息。?

產品類型特性

熱電偶傳感器類型?
Thermocouple

熱電偶類型?
E, J, K, T

型號?
624

尺寸

直徑?(in)
.125, .156

長度?(in)
.75

使用環境

環境溫度范圍?
-100 – 250?°C?[?-148 – 482?°F?]

誤差極限/溫度精確度?
標準限制/+- 1 °C, 特殊誤差極限

其他

接線接地?
已接地, 未接地

參考編號

TE 內部編號
CAT-TCS00...發表于 2021-07-29 20:00?
17次閱讀CAT-TCS0001 CAT-TCS0001 ...看產品文檔或聯系我們以了解最新的機構審批信息。?

產品類型特性

熱電偶傳感器類型?
Thermocouple

熱電偶類型?
E, J, K, T

型號?
ANDO-400

結構特性

熱電偶傳感器連接器類型?
Stripped Lead Ends

尺寸

寬度?(in)
.26, .305, .344, .455, .5, .625

高度?(in)
.06, .078, .093

使用環境

環境溫度范圍?
-50 – 180?°C?[?-58 – 356?°F?]

誤差極限/溫度精確度?
標準限制/+- 1 °C, 特殊誤差極限

...發表于 2021-07-28 20:00?
19次閱讀CAT-TCS0018 CAT-TCS0018 ...看產品文檔或聯系我們以了解最新的機構審批信息。?

產品類型特性

熱電偶傳感器類型?
Thermocouple

熱電偶類型?
K, T

結構特性

熱電偶傳感器連接器類型?
Stripped Lead Ends

尺寸

導線長度?
3000?mm?[?120?in?]

長度?
3000?mm?[?120?in?]

使用環境

環境溫度范圍?
-40 – 240?°C?[?-40 – 460?°F?]

誤差極限/溫度精確度?
標準限制/+- 1 °C, 特殊誤差極限

包裝特性

...發表于 2021-07-28 20:00?
14次閱讀CAT-TCS0019 CAT-TCS0019 ...看產品文檔或聯系我們以了解最新的機構審批信息。?

產品類型特性

熱電偶傳感器類型?
Thermocouple

熱電偶類型?
E, J, K, T

型號?
420M

導線/覆層類型?
PTFE 絕緣

結構特性

熱電偶傳感器連接器類型?
Stripped Lead Ends

使用環境

環境溫度范圍?
-50 – 220?°C?[?-58 – 428?°F?]

參考編號

TE 內部編號
CAT-TCS0019...發表于 2021-07-28 20:00?
17次閱讀CAT-TCS0020 CAT-TCS0020 ...看產品文檔或聯系我們以了解最新的機構審批信息。?

產品類型特性

熱電偶傳感器類型?
Thermocouple

熱電偶類型?
E, J, K, T

型號?
423M

導線/覆層類型?
PTFE 絕緣

結構特性

熱電偶傳感器連接器類型?
Stripped Lead Ends

參考編號

TE 內部編號
CAT-TCS0020...發表于 2021-07-28 20:00?
12次閱讀CAT-TCS0021 CAT-TCS0021 ...看產品文檔或聯系我們以了解最新的機構審批信息。?

產品類型特性

熱電偶傳感器類型?
Thermocouple

熱電偶類型?
E, J, K, T

型號?
411A, 411B, 411C

導線/覆層類型?
實芯 TFE

結構特性

熱電偶傳感器連接器類型?
Stripped Lead Ends

參考編號

TE 內部編號
CAT-TCS0021...發表于 2021-07-28 20:00?
12次閱讀CAT-TCS0022 CAT-TCS0022 ...看產品文檔或聯系我們以了解最新的機構審批信息。?

產品類型特性

熱電偶傳感器類型?
Thermocouple

熱電偶類型?
E, J, K, T

型號?
412A

導線/覆層類型?
實芯 TFE

結構特性

熱電偶傳感器連接器類型?
Stripped Lead Ends

參考編號

TE 內部編號
CAT-TCS0022...發表于 2021-07-28 20:00?
14次閱讀CAT-TCS0023 CAT-TCS0023 ...看產品文檔或聯系我們以了解最新的機構審批信息。?

產品類型特性

熱電偶傳感器類型?
Thermocouple

熱電偶類型?
E, J, K, T

型號?
413

導線/覆層類型?
實芯 TFE

結構特性

熱電偶傳感器連接器類型?
Stripped Lead Ends

參考編號

TE 內部編號
CAT-TCS0023...發表于 2021-07-28 20:00?
10次閱讀CAT-TCS0024 CAT-TCS0024 ...看產品文檔或聯系我們以了解最新的機構審批信息。?

產品類型特性

熱電偶傳感器類型?
Thermocouple

熱電偶類型?
E, J, K, T

型號?
210H, 210M

導線/覆層類型?
實芯 TFE

結構特性

熱電偶傳感器連接器類型?
Stripped Lead Ends

參考編號

TE 內部編號
CAT-TCS0024...發表于 2021-07-28 20:00?
16次閱讀CAT-TCS0025 CAT-TCS0025 ...看產品文檔或聯系我們以了解最新的機構審批信息。?

產品類型特性

熱電偶傳感器類型?
Thermocouple

熱電偶類型?
E, J, K, T

型號?
211H, 211M

導線/覆層類型?
實芯 TFE

結構特性

熱電偶傳感器連接器類型?
Stripped Lead Ends

參考編號

TE 內部編號
CAT-TCS0025...發表于 2021-07-28 20:00?
12次閱讀CAT-TCS0026 CAT-TCS0026 ...看產品文檔或聯系我們以了解最新的機構審批信息。?

產品類型特性

熱電偶傳感器類型?
Thermocouple

熱電偶類型?
E, J, K, T

型號?
220H, 220M

導線/覆層類型?
實芯 TFE

結構特性

熱電偶傳感器連接器類型?
Stripped Lead Ends

參考編號

TE 內部編號
CAT-TCS0026...發表于 2021-07-28 20:00?
12次閱讀CAT-TCS0027 CAT-TCS0027 ...看產品文檔或聯系我們以了解最新的機構審批信息。?

產品類型特性

熱電偶傳感器類型?
Thermocouple

熱電偶類型?
E, J, K, T

型號?
221H, 221M

導線/覆層類型?
實芯 TFE

結構特性

熱電偶傳感器連接器類型?
Stripped Lead Ends

參考編號

TE 內部編號
CAT-TCS0027...發表于 2021-07-28 20:00?
15次閱讀CAT-TCS0028 CAT-TCS0028 ...看產品文檔或聯系我們以了解最新的機構審批信息。?

產品類型特性

熱電偶傳感器類型?
Thermocouple

熱電偶類型?
E, J, K, T

型號?
222H, 222M

導線/覆層類型?
實芯 TFE

結構特性

熱電偶傳感器連接器類型?
Stripped Lead Ends

參考編號

TE 內部編號
CAT-TCS0028...發表于 2021-07-28 20:00?
11次閱讀CAT-TCS0029 CAT-TCS0029 ...看產品文檔或聯系我們以了解最新的機構審批信息。?

產品類型特性

熱電偶傳感器類型?
Thermocouple

熱電偶類型?
E, J, K, T

型號?
230H, 230M

參考編號

TE 內部編號
CAT-TCS0029發表于 2021-07-28 20:00?
17次閱讀CAT-TCS0008 TE 尖端敏感軸承熱電偶看產品文檔或聯系我們以了解最新的機構審批信息。?

產品類型特性

熱電偶傳感器類型?
Type E Bearing TC, Type K Bearing TC, Type T Bearing TC

熱電偶類型?
E, K, T

型號?
410CEUA36.0BW=10.0, 410CTUA36.0BW=10.0

導線/覆層類型?
PTFE 絕緣

結構特性

熱電偶傳感器連接器類型?
Stripped Lead Ends

尺寸

直徑?
4.775?mm?[?.188?in?]

長度?
914.4?mm?[?35.99?in?]

導線長度?(in)
10

使用環境

...發表于 2021-06-28 18:00?
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產品類型特性

熱電偶傳感器類型?
Type E Bearing TC, Type J Bearing TC, Type K Bearing TC, Type T Bearing TC

熱電偶類型?
E, J, K, T

型號?
410CEUA36.0BW=10.0, 410CTUA36.0BW=10.0

導線/覆層類型?
PTFE 絕緣

結構特性

熱電偶傳感器連接器類型?
Stripped Lead Ends

尺寸

直徑?
4.775?mm?[?.188?in?]

長度?
914.4?mm?[?35.99?in?]

導線長度?(in)
10

使用環境
...發表于 2020-12-15 22:00?
51次閱讀

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