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乾電池供電的大型實時無線聯網門禁系統的製作方法

2023-12-06 16:13:56 3

專利名稱:乾電池供電的大型實時無線聯網門禁系統的製作方法
技術領域:
本發明屬於無線網絡通信技術領域,涉及一種乾電池供電的大型實時無線聯網門禁系統。
背景技術:
無線門禁在施工安裝中更節省時間和勞力,可以有效提高項目施工的進度和效 率,因此無線門禁在工程施工布線方面有著很大的優勢。但是現有技術中無線門禁系統在 市場上佔的比例不高,究其原因是無線門禁存在很大的技術瓶頸。如果採用有線電源對門 鎖供電,就需要麻煩的布線,既然已經布線了,所謂的「無線」就失去了意義。而採用乾電池 驅動在微功耗下實現實時數據傳輸非常困難,一方面要避開無線電磁幹擾,另一方面又要 和管理中心之間保持非常頻繁的通信。在市場上出現的網絡型無線門禁產品大致可以分為 兩類採用GPRS或簡訊通訊的遠程無線門禁系統和有線電源供電無線通信的無線門禁系 統。這兩種產品可以使用乾電池驅動,但系統功耗比較大,電池維持時間短。

發明內容
本發明針對現有技術的不足,提供一種乾電池供電的大型實時無線聯網門禁系統。本發明的無線聯網門禁系統的硬體部分包括門禁管理伺服器、PC客戶端、區域網、 主控器、無線擴展模塊和無線門禁鎖;門禁管理伺服器、PC客戶端和主控器與區域網信號連接,主控器與無線擴展模塊 信號連接,無線擴展模塊與無線門禁鎖信號連接;所述的門禁管理伺服器、PC客戶端和主控器與區域網信號連接採用現有的區域網 通信方式;所述的主控器與無線擴展模塊採用RS485協議進行通信;所述的無線擴展模塊與無線門禁鎖信號連接,無線門禁鎖與無線擴展模塊之間採 用控制協議進行通信;所述的控制協議的方法包括以下具體步驟步驟(1)無線門禁鎖判斷無線鏈路狀態是否為建立狀態,如果是建立狀態跳轉至 步驟(2),如果不是建立狀態跳轉至步驟(3);所述的建立狀態為無線門禁鎖和無線上位機 正常通信;所述的無線上位機為無線擴展模塊或主控器;步驟(2)無線門禁鎖判斷有無待發送數據,如果有則跳至步驟(4),否則跳至步驟 (3);所述的待發送數據包括刷卡數據、門鎖動作數據、電池電量、應答無線上位機的數據。步驟(3)無線門禁鎖發送空包,發送完成後跳至步驟(5);所述的空包數據結構由 8位前導碼、32位地址碼和8位CRC校驗碼組成。步驟(4)無線門禁鎖發送無線數據包,發送完成後跳至步驟(5);所述的無線數據 包由8位前導碼、32位地址碼、N位數據內容和8位CRC校驗碼組成,其中0 < N≤256。
步驟(5)無線門禁鎖轉入接收狀態,無線上位機執行步驟(6);步驟(6)無線上位機判斷有無需要下發的數據,如果有則下發無線數據包,如果 無則以空包下發。無線上位機一直處於偵聽模式,一旦接收到無線門禁鎖發送的正確數據 包,則無線上位機必須在指定的時間內將無線數據包或空包開始發出,這個時間越短則無 線門禁鎖接收所耗電流越少。所述的正確數據包為無線門禁鎖發送的地址與接收的地址相 同,循環冗餘校驗正確;步驟(7)無線門禁鎖判斷收到應答數據否,檢測發送數據包是否成功。所述的發 送數據包成功為無線門禁鎖接收到應答包,所述的應答包為無線門禁鎖發送的地址與接收 的地址相同,循環冗餘校驗正確。無線門禁鎖在發送結束後馬上轉入了接收狀態,無線門禁 鎖要求在指定的時間內接收無線上位機下發的數據包或者空包,這個指定的時間取值範圍 為10微秒 1000微秒,如果在這個時間內沒接收到任何數據,則被視為本次發送失敗。如 果檢測到發送失敗,則跳至步驟(8)。否則進入休眠等待狀態直到時間到時跳至步驟(1), 和無線上位機進行握手或發送數據。步驟(8)無線門禁鎖檢測指定的重發次數到否,如果指定的重發次數已到,執行 步驟(9),否則還需重發,跳至步驟(12);步驟(9)無線門禁鎖判斷當前無線鏈路是否為建立狀態,如果為建立狀態,則在 正常模式下,無線門禁鎖與無線上位機間隔一秒握手一次;在快速模式下,無線門禁鎖與無 線上位機間隔100毫秒握手一次。所述的正常模式為無線門禁鎖和無線上位機均無待發送 的數據包;所述的快速模式為無線門禁鎖或上位機有需要發送的數據包;如果通信成功設 置無線鏈路為建立狀態,跳至步驟(1),否則執行步驟(10);步驟(10)無線門禁鎖判斷當前無線鏈路是否為恢復狀態,所述的恢復狀態為上 次通信為建立狀態,經過3次重發後失敗。如果為恢復狀態,則增大設定的發送次數,從頻 率表中重新選定無線門禁鎖與無線上位機的通信頻率,重新選定後的通信頻率在頻率表中 的位置為本次通信頻率在頻率表中位置的下一個,如果本次通信頻率已在頻率表的最後一 個位置,則選擇頻率表中第一個位置的頻率;在重新選定無線門禁鎖與無線上位機的通信 頻率過程中,無線上位機通信頻率重新設定所需的時間大於等於無線門禁鎖重新設定所需 的時間,然後發送數據包;如果通信成功設置無線鏈路為建立狀態,跳至步驟(1),否則執 行步驟(11);所述的頻率表為無線門禁鎖和無線上位機事先約定的一組工作頻率,在本發 明中採用了 2. 4G頻段內的12個頻點。步驟(11)無線門禁鎖判斷當前無線鏈路是否為丟失狀態,所述的丟失狀態為經 恢復狀態後通信仍然失敗。如果為丟失狀態,則設定的發送次數為1,按頻率表中頻率從小 大順序依次選定並發送空包,在這個過程中上位機通信頻率保持不變。在無線門禁鎖和上 位機失去通信聯繫後兩者都需要跳頻來避開受幹擾的頻點;如果通信成功設置無線鏈路為 建立狀態,跳至步驟(1)。步驟(12)無線門禁鎖判斷重發時間間隔是否到,如果間隔到,則跳至步驟(1),否 則進入休眠等待狀態,直到時間到時跳至步驟(1);本發明方法相對於現有技術具有以下優點本發明中無線門禁鎖採用乾電池進行驅動,無線門禁鎖的安裝無需布線,擺脫了 現有技術中門鎖上的有線電源造成的對門的美觀程度的降低及電源線頻繁地折彎導致的使用壽命低的缺陷,不僅給安裝帶來方便,而且提高了門的美觀度,也提高了整個門禁系統 的使用壽命。


圖1為本發明的結構示意圖;圖2為無線門禁鎖的硬體結構示意圖;圖3為無線門禁鎖控制協議方法流程圖;圖4為不同無限門禁鎖重發間隔示意圖;圖5為無線門禁鎖無線通信狀態轉移圖;
圖6無線門禁鎖和無線上位機跳頻示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明作進一步說明。如圖1所示,乾電池供電的大型無線聯網門禁系統包括門禁管理伺服器1、PC客戶 端2、區域網4、主控器10、無線擴展模塊20和無線門禁鎖30。門禁管理伺服器1、PC客戶端2和主控器10與區域網4信號連接,主控器10與局 域網4信號連接的方式為有線連接或者無線連接,主控器10與無線擴展模塊30信號連接, 無線擴展模塊20與無線門禁鎖30信號連接。主控器10與無線擴展模塊20採用RS485協議進行通信。無線擴展模塊20與無線門禁鎖信號30連接採用控制協議進行通信。主控器10與無線門禁鎖30連接採用控制協議進行通信。門禁管理伺服器負責對主控器、無線擴展模塊、無線門禁鎖的參數設置,以及發 卡、刷卡記錄、門點狀態管理、考勤數據、用戶權限管理等功能。PC客戶端為區域網內的任意 一臺電腦。門禁管理伺服器軟體採用B/S結構,PC客戶端通過IE瀏覽器訪問門禁管理服 務器。主控器接入局域的方式支持2種wifi無線或有線網絡。門禁管理伺服器將和該 主控器相關的一些門點管理數據下載到主控器,在門禁管理伺服器關閉時,主控器可以獨 立地管理各個無線擴展模塊和無線門禁鎖。主控器將採集到各個門禁點開關門狀態、刷卡 信息等數據通過區域網發送給門禁管理伺服器。主控器和無線擴展模塊通過RS485總線連接,主控器通過輪詢方式獲取無線擴展 模塊採集到的門禁數據。每個主控器帶有兩個RS485接口,每個RS485 口可以接32個無線 擴展模塊。主控器也可以在傳輸距離允許的範圍內直接和無線門禁鎖通信。無線擴展模塊起到一個距離擴展的作用,主控器和無線擴展模塊通過有線RS485 通信,無線擴展模塊和無線門禁鎖通過無線方式通信。在實際施工過程中將RS485通信線 布在過道上方,在無線門緊鎖信號強度不足的地方放置無線擴展模塊,通過分布在各個樓 層的無線擴展模塊,將各個門點組成一個大型的無線門禁網絡。無線門禁鎖採用乾電池長時間供電首先要滿足無線門禁鎖的硬體實現是微功耗 的。如圖2所示,該無線門禁鎖包括紅外接收發射單元32,無線發射接收單元33,電機控制單元34、讀卡頭單元35、微處理器31、存儲單元36和電源37。電源37提供該無線門禁鎖 內所有元件的驅動動力。紅外接收發射單元每隔250毫秒由CPU喚醒發射一次紅外光,如 果有遮擋接收電路輸出低電平,CPU通過此信號可以檢測到有無卡片在刷卡。讀卡頭單元 負責卡片的數據讀取和寫入。存儲單元用來存儲運行參數和脫機刷卡記錄。該微處理器通 過無線發射接收單元與上位機進行無線通信,並執行上位機下發的各項命令。電機控制單 元負責門鎖的開啟和關閉。無線門禁鎖絕大部分時間處在待機模式下,只要待機模式能實現低功耗,就能給 無線門禁鎖實現低功耗提供了保障。無線門禁鎖在待機模式下的耗電主要分為2部分250 毫秒一次的紅外接收發射單元的卡片檢測和1秒一次的無線通信。在本實施例中紅外發射 脈寬為50微秒,發射電流為50毫安,接收電路電流為0.5毫安,發射和接收是同時進行的, 卡片檢測一年的紅外工作次數為T T = 4X3600X24X365 = 126144000 次一年的耗電E為E = (50+0. 5) X50X l(T6/3600XT = 88. 476maH在本實施例中無線門禁鎖發送連帶接收一個數據包的時間是非常短的,按通信波 特率IMbps計算,發射電流13毫安,接收電流18毫安,由於無線門禁鎖在待機模式下只需 空包查詢上位機是否有下載數據即可,因此上行的查詢包的長度L1 = 8位前導碼+32位地址碼+8位CRC校驗碼=48位。下行應答包的長度L2 = 8位前導碼+32位地址碼+8位應答信息碼+8位CRC校 驗碼=56位。上行查詢包的消耗時間為T1 =發射啟動時間202us+數據傳輸時間48us = 250us下行應答包的消耗時間為T2 =接收啟動時間244us+數據傳輸時間56us = 300us所以無線通信一次消耗的能量為E= (TlX 13+T2 X 18) X 10—/3600 = 2. 4X l(T6maH按一秒通信一次計算通信一年的消耗能量為75. 68maH。待機模式為無線門禁鎖沒有刷卡和開關門動作,也沒有數據需要和上位機通信, 無線只是握手來維持鏈路的存在。上述計算結果為通信比較優良情況下的耗電數據,在平時還會出現需要數據重發 以及門鎖動作、無線數據通信,消耗能量還會有一些增加。由此可見無線門禁鎖消耗的電量 非常低,為電池驅動提供了保障,同時每個無線門禁鎖都由唯一的通信地址可以滿足多個 門鎖同時和上位機通信,便於系統組網。在本實施例中採用開放的2. 4G頻段進行無線通信,在此頻段有著相當多的設備 也在使用此頻段,如Wifi、藍牙、無繩電話,zigbee等等,無線門禁鎖控制協議方法決定著 在滿足實時性和可靠性要求的同時能否滿足微功耗的要求,以下結合圖3對無線門禁鎖控 制協議方法具體步驟作詳細說明步驟(1)無線門禁鎖判斷無線鏈路狀態是否為建立狀態,如果是跳轉至步驟(2), 否則跳轉至步驟(3);所述的建立狀態為無線門禁鎖和無線上位機可以正常通信;所述的無線上位機為無線擴展模塊或主控器;步驟(2)無線門禁鎖判斷有無待發送數據,如果有則跳至步驟(4),否則跳至步驟 (3);所述的待發送數據包含刷卡數據、門鎖動作數據、電池電量、應答無線上位機的數據、 密碼數據、脫機記錄數據。步驟(3)無線門禁鎖發送空包,發送完成後跳至步驟(5);所述的空包數據結構為 8位前導碼+32位地址碼+8位CRC校驗碼。步驟(4)無線門禁鎖發送無線數據包,發送完成後跳至步驟(5);所述的無線數據包結構為8位前導碼+32位地址碼+N位數據內容+8位CRC校驗碼。其中0 < N彡256 ;步驟(5)無線門禁鎖轉入接收狀態。無線上位機執行步驟(6);步驟(6)無線上位機判斷有無需要下發的數據,如果有則下發無線數據包,如果 無則以空包下發。無線上位機一直處於偵聽模式,一旦接收到無線門禁鎖發送的正確數據 包,所述的正確數據包為無線門禁鎖發送的地址與接收的地址相同,循環冗餘校驗正確,無 線上位機可以同時偵聽多個地址,無線上位機必須在指定的時間內將無線數據包或空包開 始發出,這個時間越短則無線門禁鎖接收所耗電流越少,在本發明中這個時間為200微秒。 執行後跳至步驟(7);步驟(7)無線門禁鎖判斷收到應答數據否,檢測發送是否成功。所述的發送數據 包成功為無線門禁鎖接收到應答包,所述的應答包為無線門禁鎖發送的地址與接收的地址 相同,循環冗餘校驗正確。無線門禁鎖在發送結束後馬上轉入了接收狀態,無線門禁鎖要求 在指定的時間內需要開始接收到無線上位機下發的數據包或者空包,這個指定的時間取值 範圍為10微秒 1000微秒,在本發明中採用200微秒,如果在這個時間內沒接收到任何數 據,則被視為本次發送失敗。如果檢測到發送失敗,則跳至步驟(8)。否則在休眠等待時間 到時跳至步驟(1),和無線上位機進行握手或發送數據。步驟(8)無線門禁鎖檢測指定的重發次數到否,如果指定的重發次數已到,需要 按無線門禁鎖通信狀態圖做進一步處理,跳至步驟(9),否則還需重發,跳至步驟(12);步驟(9)無線門禁鎖判斷當前無線鏈路是否為建立狀態,圖5為無線通信狀態轉 移圖,如果為建立狀態,則在正常模式下,無線門禁鎖與無線上位機間隔一秒握手一次;在 快速模式下,無線門禁鎖與無線上位機間隔100毫秒握手一次。所述的正常模式為無線門 禁鎖和無線上位機均無待發送的數據包;所述的快速模式為無線門禁鎖或上位機有需要發 送的數據包;如果通信成功設置無線鏈路為建立狀態,跳至步驟(1),否則執行步驟(10);步驟(10)無線門禁鎖判斷當前無線鏈路是否為恢復狀態,所述的恢復狀態為上 次通信為建立狀態,經過3次重發後失敗。如果為恢復狀態,則增大設定的發送次數,從頻 率表中重新選定無線門禁鎖與無線上位機的通信頻率,重新選定後的通信頻率在頻率表中 的位置為本次通信頻率在頻率表中位置的下一個,如果本次通信頻率已在頻率表的最後一 個位置,則選擇頻率表中第一個位置的頻率;在重新選定無線門禁鎖與無線上位機的通信 頻率過程中,無線上位機通信頻率重新設定所需的時間大於等於無線門禁鎖重新設定所需 的時間;然後發送數據包;如果通信成功設置無線鏈路為建立狀態,跳至步驟(1),否則執 行步驟(11);所述的頻率表為無線門禁鎖和無線上位機事先約定的一組工作頻率,在本發 明中採用了 2. 4G頻段內的12個頻點。步驟(11)無線門禁鎖判斷當前無線鏈路是否為丟失狀態,所述的丟失狀態為經恢復狀態後通信仍然失敗。如果為丟失狀態,則設定的發送次數為1,按頻率表中頻率從小 大順序依次選定並發送空包,在這個過程中上位機通信頻率保持不變。在無線門禁鎖和上 位機失去通信聯繫後兩者都需要跳頻來避開受幹擾的頻點;圖6為無線門禁鎖和上位機跳 頻示意圖,無線上位機的跳頻速度要遠慢於無線門禁鎖的跳頻速度,也就是說無線上位機 保持一個頻點的時間要滿足大於無線門禁鎖跳全部頻點的時間,以便無線上位機無論處於 頻率表限定的任何一個頻點無線門禁鎖都能建立通信。在本發明中無線上位機如果發現無 線門禁鎖處於通信丟失狀態,2秒鐘改變一次頻率。如果通信成功設置無線鏈路為建立狀 態,跳至步驟(I)0如圖5所示本實施例在無線丟失狀態前還增加了下沉狀態。下沉狀態為無線門禁 鎖上次無線鏈路狀態為恢復狀態,經過恢復策略失敗後,需要全跳頻來恢復通信,下沉狀態 重發次數大於丟失狀態,本實施例中設定為2次,經過8個下沉策略處理後仍然無法建立通 信,則無線門禁鎖無線鏈路狀態轉入丟失狀態。下沉狀態不是本發明必須的,有了它可以更 快地恢復通信。步驟(12)無線門禁鎖判斷重發時間間隔是否到,如果是跳至步驟(1),否則休眠 等待時間到再跳至步驟(1);圖4為不同門禁鎖重發間隔示意圖。在無線通訊過程中,多個無 線門禁鎖和無線 上位機通信時有可能發生處於同一時間發送數據包,這樣會引起相互之間的幹擾導致通信 失敗,通過設置不同的重發時間間隔來確保出現數據碰撞時重發的成功。
權利要求
乾電池供電的大型實時無線聯網門禁系統,包括門禁管理伺服器、PC客戶端、區域網、主控器、無線擴展模塊和無線門禁鎖,門禁管理伺服器、PC客戶端和主控器與區域網信號連接,主控器與無線擴展模塊信號連接,無線擴展模塊與無線門禁鎖信號連接,所述的門禁管理伺服器、PC客戶端和主控器與區域網信號連接採用現有的區域網通信方式;所述的主控器與無線擴展模塊採用RS485協議進行通信;所述的無線擴展模塊與無線門禁鎖信號連接,無線門禁鎖與無線擴展模塊之間採用控制協議進行通信;其特徵在於所述的控制協議方法包括如下步驟步驟(1)無線門禁鎖判斷無線鏈路狀態是否為建立狀態,如果是建立狀態,則執行步驟(2),如果不是建立狀態則跳轉至步驟(3);所述的建立狀態為無線門禁鎖和無線上位機正常通信;所述的無線上位機為無線擴展模塊或主控器;步驟(2)無線門禁鎖判斷有無待發送數據,如果有待發送數據,則跳至步驟(4),如果沒有待發送數據則跳轉至步驟(3);所述的待發送數據包括刷卡數據、門鎖動作數據、電池電量、應答無線上位機的數據;步驟(3)無線門禁鎖發送空包,發送完成後跳至步驟(5);所述的空包數據結構由8位前導碼、32位地址碼和8位CRC校驗碼組成;步驟(4)無線門禁鎖發送無線數據包,發送完成後跳至步驟(5);所述的無線數據包由8位前導碼、32位地址碼、N位數據內容和8位CRC校驗碼組成,其中0<N≤256;步驟(5)無線門禁鎖轉入接收狀態,無線上位機執行步驟(6);步驟(6)無線上位機判斷有無需要下發的數據,如果有需要下發的數據,則下發無線數據包,如果沒有需要下發的數據,則下發空包;無線上位機一直處於偵聽模式,一旦接收到無線門禁鎖發送的正確數據包,則無線上位機在指定的時間內將無線數據包或空包發出,指定的時間越短則無線門禁鎖接收所耗電流越少;所述的正確數據包為無線門禁鎖發送的地址與接收的地址相同,循環冗餘校驗正確;步驟(7)無線門禁鎖判斷收到應答數據否,檢測發送數據包是否成功;所述的發送數據包成功為無線門禁鎖接收到應答包,所述的應答包為無線門禁鎖發送的地址與接收的地址相同,循環冗餘校驗正確;無線門禁鎖在發送結束後馬上轉入了接收狀態,無線門禁鎖要求在指定的時間內接收無線上位機下發的數據包或者空包,指定的時間取值範圍為10微秒~1000微秒,如果在這個時間內沒接收到任何數據,則視為本次發送失敗;如果檢測到發送失敗,則跳至步驟(8);如果檢測到發送成功,則進入休眠等待狀態直到時間到時跳至步驟(1);步驟(8)無線門禁鎖檢測指定的重發次數到否,如果指定的重發次數已到,執行步驟(9),如果指定的重發次數未到,還需重發並跳轉至步驟(12);步驟(9)無線門禁鎖判斷當前無線鏈路是否為建立狀態,如果為建立狀態,則在正常模式下,無線門禁鎖與無線上位機間隔一秒握手一次;在快速模式下,無線門禁鎖與無線上位機間隔100毫秒握手一次;所述的正常模式為無線門禁鎖和無線上位機均無待發送的數據包;所述的快速模式為無線門禁鎖或上位機有需要發送的數據包;如果通信成功設置無線鏈路為建立狀態,跳轉至步驟(1),如果通信未成功,則執行步驟(10);步驟(10)無線門禁鎖判斷當前無線鏈路是否為恢復狀態,所述的恢復狀態為上次通信為建立狀態,經過3次重發後失敗;如果為恢復狀態,則增大設定的發送次數,從頻率表中重新選定無線門禁鎖與無線上位機的通信頻率,重新選定後的通信頻率在頻率表中的位置為本次通信頻率在頻率表中位置的下一個,如果本次通信頻率已在頻率表的最後一個位置,則選擇頻率表中第一個位置的頻率;在重新選定無線門禁鎖與無線上位機的通信頻率過程中,無線上位機通信頻率重新設定所需的時間大於等於無線門禁鎖重新設定所需的時間,然後發送數據包;如果通信成功設置無線鏈路為建立狀態,跳轉至步驟(1),如果通信未成功,則執行步驟(11);所述的頻率表為無線門禁鎖和無線上位機事先約定的一組工作頻率;步驟(11)無線門禁鎖判斷當前無線鏈路是否為丟失狀態,所述的丟失狀態為經恢復狀態後通信仍然失敗;如果為丟失狀態,則設定的發送次數為1,按頻率表中頻率從小大順序依次選定並發送空包,在這個過程中上位機通信頻率保持不變;在無線門禁鎖和上位機失去通信聯繫後兩者都需要跳頻來避開受幹擾的頻點;如果通信成功設置無線鏈路為建立狀態,跳至步驟(1);步驟(12)無線門禁鎖判斷重發時間間隔是否到,如果重發時間間隔到,則跳至步驟(1),如果重發時間間隔未到,進入休眠等待狀態,直到時間到時跳轉至步驟(1)。
全文摘要
本發明涉及一種乾電池供電的大型實時無線聯網門禁系統。現有的門禁系統布線麻煩、功耗大。本發明包括門禁管理伺服器、PC客戶端、區域網、主控器、無線擴展模塊和無線門禁鎖;門禁管理伺服器、PC客戶端和主控器與區域網信號連接,主控器與無線擴展模塊信號連接,無線擴展模塊與無線門禁鎖信號連接。主控器與無線擴展模塊採用RS485通信連接;無線擴展模塊與無線門禁鎖信號連接採用控制協議進行通信連接。本發明中無線門禁鎖採用乾電池進行驅動,無線門禁鎖的安裝無需布線,擺脫了現有技術中門鎖上的有線電源造成的對門的美觀程度的降低及電源線頻繁地折彎導致的使用壽命低的缺陷。
文檔編號H04L29/06GK101833802SQ20101014018
公開日2010年9月15日 申請日期2010年4月2日 優先權日2010年4月2日
發明者周躍軍, 應騰, 王春橋, 郭旭峰 申請人:杭州英傑電子有限公司

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