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基于无线网络节点和GSM/GPRS网关设计智能家居短信安防系统

电子设计 ? 2020-01-10 08:02 ? 次阅读

随着无线通信技术的蓬勃发展,蓝牙Wi-Fi、UWB和ZigBee等无线技术层出不穷。但采用蓝牙、Wi-Fi和UWB技术来组建无线网络时,需要高性能的处理器和额外的存储器来处理组网所带来的大量协议开销,同时系统功耗也较高。另一方面,ZigBee技术虽然功耗较低、联网方便,且已在家庭控制网络中得到成功应用,但由于其传输速率最高仅为250kbps,限制了它的进一步发展。

CY6936是赛普拉斯Cypress)公司最新推出的低成本高集成射频片上系统,它提供了针对低速、低成本的Wireless USB串口SPI到射频发射的调制解调方案。其主要特点有:工作在ISM(工业、科学、医疗公共频段);10m以上的全方向传输范围;数据传输率达到1Mbps;具有数据传输速率高达4M的SPI微机接口;静态工作电流低于1mA;工作电压范围为1.8V至3.6V。CY6936非常适合用于中低速率、低成本、低功耗的无线数据采集系统之中。

PSoC(Programmable System on Chip)芯片是赛普拉斯公司推出一种可编程片上系统,它将一个8位微控制器与可编程数字阵列、可编程模拟阵列集成在一个芯片上,也称为可配置型混合信号阵列。PSoC为消费类产品、工业、办公自动化、电信和汽车领域应用提供了具有嵌入式控制功能的高性能现场可编程单片系统。

本文基于PSoC芯片和CY6936无线收发模块设计了一个智能家居短信安防系统,实现了安防传感器节点和GPRS网关之间的无线通信,系统能够用短信的方式方便、快捷、廉价地对居室中的各种紧急情况进行报警。在系统设计中始终遵循低成本、低功耗、电路简单、使用方便的原则。该系统具有如下特点:安防传感器节点采用电池供电,实现了低功耗设计,且可以在家庭中随意放置;家中的安防报警信息可以通过短信及时通知主人或物业管理人员;设计了一个紧急报警按键,方便家人在紧急情况下的报警;设计了键盘和显示器等人机接口,用户可以修改短信报警电话号码、修改密码等;为了保证家中信息安全,系统设计了密钥及密钥发布和管理。

一、整体设计方案及芯片选择

系统整体设计方案如图1a所示。该系统主要分两部分:无线网络节点和GSM/GPRS网关。系统中包含三个节点:门磁防盗节点、红外防盗节点和火灾报警节点。

基于无线网络节点和GSM/GPRS网关设计智能家居短信安防系统

图1:(a) 智能家居无线短信安防系统整体设计方案;(b) GSM/GPRS网关设计方案

系统设计中的核心芯片均选用塞普拉斯公司的PSoC芯片,分别是CY8C21534和CY8C29466。其中,CY8C21534专门用于电容传感器按键信号的处理,CY8C29466是GSM/GPRS无线网关的核心芯片和各节点的传感器信号处理芯片。

二、GSM/GPRS网关设计

1. 整体方案

GSM/GPRS网关设计方案如图1b所示。PSoC芯片和CY6936无线收发模块是网关的核心。CY6936无线收发模块接收来自各节点的传感器信息,并将接收的传感器信息发送给PSoC芯片。PSoC芯片将各节点的信息显示在LCD液晶上,并通过LED蜂鸣器为家内用户提供警示,然后将报警信息通过串口发送给GSM/GPRS模块,最终发送给远程用户。

此外,还根据需要为网关设计了44的触摸式按键,用于修改网关的电子密码以及报警手机号,并设计了一个紧急报警按键。按键的信息经CY8C21534处理后发送给CY8C29466。

2. 软件设计

软件设计工具:PSoC Designer是PSoC的传统软件开发环境,它是一款功能全面的基于图形用户接口(GUI)的设计工具套件。该软件提供丰富的模拟和数字器件模块(如PGA、ADCDAC滤波器比较器定时器、计数器、PWM、SPI和UART等),用户选择器件模块后,放置到可编程模拟和数字模块阵列中,进行配置和连线后,即可完成系统设计。在PSoC Designer环境下,用户可以采用单独C语言或汇编语言编程,也可以采用C语言和汇编语言二者的结合来编程。PSoC Designer提供单步进、事件触发器和多断点对设计进行调试。

用户模块设计:采用PSoC Designer 4.3作为开发工具,在设计中采用了CSR、LCD、SPIM、SPIS等用户模块。

三、节点设计方案

系统中的节点设计均采用统一的设计方案(如图2所示)。采用无线收发模块和PSoC芯片组成无线网络节点,无线收发模块负责节点和网关之间的通信,PSoC芯片负责处理和分析传感器的信息。

基于无线网络节点和GSM/GPRS网关设计智能家居短信安防系统

门磁防盗节点采用MC31门磁传感器,该传感器无需外部供电,根据磁铁距离干簧管的远近输出一个开关量,阀值是16mm。设计中还对PSoC芯片的供电电压采用升压泵技术,只要外界电压超过1V,电路就可以正常工作,从而有助电路的长时间稳定工作。

红外防盗节点采用红外热释电传感器LHI968,工作电压为2~15V,输出信号幅度为1mV左右,频率为1Hz。该传感器可以监测外界热源物体(如人体或人体的某部位)的经过。针对该传感器信号的微弱性,一般的设计思路是使用专用处理芯片(如BISS0001)处理传感器信号,这种方案输出信号稳定、反应灵敏,但是外部电路复杂、耗电量大、成本也较高。本文的设计不使用专用处理芯片来处理传感器信号,而是由PSoC芯片直接处理,这种方法大大简化了电路设计,减小了功耗并节省了成本。

火灾报警节点同时使用温度传感器LM35和红外接收管进行监测。温度传感器测量环境温度、红外接收管监测火光和热源。这种设计方案简单、成本低廉,适合在家庭中使用。

四、本文小结

本文介绍了一个基于赛普拉斯公司CY6836无线收发器设计的智能家居安防系统。该系统采用无线连接方式和短信报警技术,设计了友好的人机界面,并采用了电容式触摸感应按键。节点设计采用统一的设计方案。设计中使用了多种降低功耗、减少成本、简化设计的方法。经过调试和实际使用验证,系统工作稳定,很好地实现了预想的各项功能。

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NCP135 LDO稳压器 500 mA 超低压降 超高PSRR 带偏置轨

NCP153 LDO稳压器 130 mA 双输出 低Iq 高PSRR 带折返式

是130 mA,双输出线性稳压器,可提供非常稳定和精确的电压,具有极低的噪声和高电源抑制比(PSRR),适用于RF应用。为了优化电池供电的便携式应用的性能,NCP153采用自适应接地电流特性,在轻负载条件下实现低接地电流消耗。器件还具有折返式电流保护功能,可降低短路电流并保护受电设备。 特性 优势 低压降:130 mV典型值130 mA 支持输入电压要求非常低的应用 高PSRR:1kHz时为75dB 适用于功耗敏感的应用 热关断和过流保护 坚固的设计和高可靠性 典型的低静态电流。 50μA 轻载条件下的高效溶液 XDFN-6 1.2 x 1.2 mm包中提供 非常适合空间受限的应用 工作输入电压范围:1.7 V至5.5 V 非常适合电池供电的应用程序 折返短路保护 将SC电流降至非常低的值 - 55 mA typ。 应用 终端产品 指纹传感器供应 相机 RF电源 智能手机 便携式设备 无线手机 平板电脑 电池供电设备 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 07:02 ? 41次 阅读
NCP153 LDO稳压器 130 mA 双输出 低Iq 高PSRR 带折返式

NCP156 LDO稳压器 500 mA / 250 mA 双输出 超低压降 低Iq 超低噪声

是双输出线性稳压器,专为相机模块应用而优化。该器件提供独特的高电流低电压偏置轨拓扑组合,用于提供数字模块和非常精确的第二输出,用于为模拟传感器模块供电。这种组合可以实现最佳性能和功效。 特性 优势 N-MOS和P-MOS双LDO 针对相机传感器应用进行了优化。用于数字轨和超低噪声的高电流N-MOS输出和用于模拟轨的高PSRR P-MOS 低静态电流典型值。 100 uA 提高适合电池供电设备的效率 输出电压摆率控制 两次摆动速率选项允许为传感器应用选择正确的速度 极低压差140 mV,500 mA 最大限度地降低功耗并提高效率 超低噪音典型。 6.5 OUTV上的uVRMS 非常适合功率敏感设备 提供CSP6 1.2 mm x 0.8 mm 非常适合空间约束应用 应用 终端产品 相机传感器电源 图像传感应用程序 智能手机和平板电脑 相机和Camcoders IP摄像机 集成电源 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 06:02 ? 49次 阅读
NCP156 LDO稳压器 500 mA / 250 mA 双输出 超低压降 低Iq 超低噪声

NCP3231A 高电流同步降压转换器

1A是一款高电流,高效率电压模式同步降压转换器,工作电压为4.5 V至18 V,输出电压低至0.6 V,最高可达25 A. 特性 优势 宽输入电压范围4.5V至18V 支持广泛的应用 500KHz开关频率 需要小电感和少量输出电容 无损耗低端FET电流检测 良好的散热性能 0.6V内部参考电压 外部可编程软启动 输出o电压和欠压保护 使用热敏电阻或传感器通过OTS引脚进行系统过热保护 所有故障的打嗝模式操作 预偏置启动 可调节输出电压 电源良好指示灯 内部过热保护 应用 终端产品 采用6x6 QFN封装的25A稳压器 ASIC,FPGA,DSP和CPU内核及I / O电源 移动电话基站 电信和网络设备 服务器和存储系统 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 04:02 ? 65次 阅读
NCP3231A 高电流同步降压转换器

NCP3231B 高电流 1MHz 同步降压转换器

1B是一款高电流,高效率电压模式同步降压转换器,工作电压为4.5 V至18 V,输出电压低至0.6 V,最高可达25 A. 特性 优势 宽输入电压范围4.5V至18V 支持广泛的应用 1MHz开关频率 需要小电感和少量输出电容 无损耗低端FET电流检测 良好的散热性能 0.6V内部参考电压 外部可编程软启动 输出ove r电压和欠压保护 使用热敏电阻或传感器通过OTS引脚进行系统过热保护 所有故障的打嗝模式操作 预偏置启动 可调节输出电压 电源良好指示灯 内部过热保护 应用 终端产品 采用6x6 QFN封装的25A稳压器 ASIC,FPGA,DSP和CPU内核及I / O电源 移动电话基站 电信和网络设备 服务器和存储系统 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 04:02 ? 55次 阅读
NCP3231B 高电流 1MHz 同步降压转换器

NCP3231 高电流同步降压转换器

1是一款高电流,高效率电压模式同步降压转换器,工作电压为4.5 V至18 V,输出电压低至0.6 V,最高25 A DC负载或30 A瞬时负载。 特性 优势 宽输入电压范围4.5V至18V 支持广泛的应用 500KHz开关频率 需要小电感和少量输出电容 无损耗低 - 侧FET电流检测 提高效率 0.6V内部参考电压 外部可编程软启动 输出过压保护和欠压保护 使用热敏电阻或传感器进行系统过热保护 所有故障的打嗝模式操作 预偏置启动 可调节输出电压 电力良好输出 内部过热保护 应用 终端产品 采用6x6 QFN封装的25A稳压器 ASIC,FPGA,DSP和CPU内核及I / O电源 移动电话基站 电信和网络设备 服务器和存储系统 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 03:02 ? 52次 阅读
NCP3231 高电流同步降压转换器

NCP3232N 高电流同步降压转换器

2N是一款高电流,高效率电压模式同步降压转换器,可在4.5V至21V输入电压下工作,在高达15A的负载下可产生低至0.6V的输出电压。 特性 优势 4.5 V至21 V的宽输入电压范围 支持广泛的应用 0.6V内部参考电压 支持小电感和少量输出电容 500kHz开关频率 良好的散热性能 外部可编程软启动 无损耗低侧FET电流检测 输出过压和欠压保护 使用热敏电阻或传感器通过OTS引脚进行系统过热保护 所有故障的打嗝模式操作 预偏置启动 可调输出电压 电源良好指标 内部过热保护 应用 终端产品 用于电信和网络应用的15A负载电源模块 蜂窝基站 电信和网络设备 服务器和存储系统 计算系统 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 03:02 ? 86次 阅读
NCP3232N 高电流同步降压转换器

NCP186 LDO稳压器 1 A 超低压差 高PSRR 带使能

是一款超低压降稳压器,可提供高达1 A的负载电流,并在-40至85℃范围内保持1.0%的出色输出电压精度。工作输入电压范围为1.8 V至5.5 V,使该器件适用于锂离子电池供电的产品以及后调节应用。该产品提供多种固定输出电压选项,其他产品可根据要求提供,范围为1.2 V至3.9 V.NCP186具有完全的过热保护和输出短路保护。小型8引脚XDFN6 1.2 mm x 1.6 mm封装使该器件成为可能特别适用于空间受限的应用。 特性 优势 1.8 V至5.5 V工作输入电压范围 适用于锂离子电池或后期调节应用 多种固定输出电压选项及其他可根据要求提供1.2 V至3.9 V 设计灵活性 Typ的低静态电流。 90μA 延长电池寿命 极低压差:100 mV典型值。在Iout = 1 A(3.0V版本) 扩展电池范围 1 kHz PSRR时高75 dB 适用于噪声敏感电路 内部软启动 限制浪涌电流 在-40至85℃温度范围内的±1.0%精度 高输出电压精度 热关断和限流保护 保护产品和系统免受损坏 使用小型1μF陶瓷电容器稳定 节省PCB空间和系统成本 应用 终端产品 电池供电设备 便携式通讯设...
发表于 07-29 22:02 ? 68次 阅读
NCP186 LDO稳压器 1 A 超低压差 高PSRR 带使能

NCP176 LDO稳压器 500 mA 超低压降 高PSRR 带使能

是一款超低压差稳压器,可提供高达0.5 A的负载电流,并在25°C时保持0.8%的出色输出电压精度。工作输入电压范围为1.4 V至5.5 V,使该器件适用于锂离子电池供电产品以及后调节应用。该产品提供3.3 V固定输出电压选项,其他电压选项可根据要求提供,范围为0.7 V至3.6 V.NCP176具有完全的过热保护和输出短路保护。小型6引脚XDFN6 1.2 mm x 1.2 mm封装使该设备特别适用于空间受限的应用程序。 特性 优势 1.4 V至5.5 V工作输入电压范围 适用于锂离子电池或后调节应用 几种固定输出电压可根据要求提供的选项和其他选项范围为0.7 V至3.6 V 设计灵活性 Typ的低静态电流。 60μA 延长电池寿命 极低压降:130 mV典型值。在Iout = 0.5 A(2.5V版本) 扩展电池范围 1 kHz PSRR时高75 dB 适用于噪声敏感电路 内部软启动 限制浪涌电流 室温下±0.8%精度 高输出电压精度 热关断和限流保护 保护产品和系统免受损坏 使用小型1μF陶瓷电容器稳定 节省PCB空间和系统成本 应用 终端产品 电池供电设备 便携式通信设备 相机,...
发表于 07-29 22:02 ? 53次 阅读
NCP176 LDO稳压器 500 mA 超低压降 高PSRR 带使能

NCP171 LDO稳压器 超低50nA Iq 双电源模式 80mA

是双模式LDO,在ActiveMode中提供高达80 mA的电流,在低功耗模式下低至50 nA的Iq。双模式功能可通过ECO引脚选择,允许动态和低功耗模式之间的动态切换,非常适用于长寿命电池供电的无线应用。低功耗模式下的输出电压可降低50 mV,100 mV,150的内部工厂编程值相对于活动模式下的标称输出电压,mVor为200 mV。此功能进一步降低了睡眠模式下的应用消耗.NCP171采用SLIQ(超低Iq)LDO系列,具有50nA的超低静态电流,可用于小XDFN4 1.2 x 1.2包。 特性 优势 超低水平50nA 非常适合电池供电的应用 双模式功能针对主动模式和待机模式操作进行了优化 系统灵活地在两种不同的操作模式之间切换,优化性能和延长电池寿命 工作模式,高达80mA,具有出色的PSRR和噪声性能 非常适用于射频电源和高精度传感器 低功耗模式(SLIQ),50nA Iq 当系统处于扩展待机(低功耗)模式时延长电池寿命 模式选择,ECO Pin 灵活选择主动和低功率模式 XDFN 1.2x1.2包 空间受限应用程序的小尺寸 应用 终端产品 无线电池供电的物联网传感器 电池供电的医疗...
发表于 07-29 22:02 ? 128次 阅读
NCP171 LDO稳压器 超低50nA Iq 双电源模式 80mA

AR1337 CMOS成像传感器 13 MP 采用SuperPD?PDAF技术

是一款采用SuperPD?PDAF技术的13万像素CMOS成像传感器。这款先进的传感器具有独特的PDAF微透镜和PDAF图案技术,在低光照条件下具有出色的自动对焦性能。采用1.1μm像素构建,提供符合行业标准的1 / 3.2“光学格式,使AR1337具有适合大批量设计的尺寸。图像质量由领先的量子效率和灵敏度驱动,同时保持低读取噪声。这种组合可在明亮的日光或低室内照明条件下提供出色的图像。 AR1337以每秒30帧的速度运行在13 MP,并支持每秒30帧的4k2k视频和高达每秒60帧的全高清1080P视频。 特性 优势 SuperPD?PDAF技术 领先的低光自动对焦性能 独特的PDAF图案和微透镜技术 高精度相位检测自动聚焦(PDAF)功能 片上坏像素校正和AF计算 简化的相机模块积分校准和与后端应用处理器的集成 具有低读取噪声的高量子效率和灵敏度 卓越的图像质量,尤其是在光线不足 应用 终端产品 智能手机相机 平板电脑相机 智能手机 平板电脑 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 17:02 ? 106次 阅读
AR1337 CMOS成像传感器 13 MP 采用SuperPD?PDAF技术

AR1011 CMOS图像传感器 10 MP 1

HS是一款1080万像素,1英寸光学格式图像传感器,结合了高分辨率成像和3.4微米DR-Pix(动态响应像素),可动态调整以提供卓越的低光性能。在全分辨率下,AR1011HS提供60帧/秒(fps)视频;同时跳至120 fps的1080p高清模式。该传感器非常适合需要高分辨率的高端监控摄像系统,如电子平移,倾斜,变焦(ePTZ)等具有惊人的低光能力的功能。 4K超高清(3840 x 2190)分辨率为每秒60帧的模式,使传感器也成为专业消费类广播相机的理想选择。 应用 相机 安全 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 17:02 ? 76次 阅读
AR1011 CMOS图像传感器 10 MP 1

AR0239 CMOS图像传感器 2.3 MP 1 / 2.7

美半导体的AR0239是一款1 / 2.7英寸CMOS数字图像传感器,有源像素阵列为1936(H)×1188(V)。它可以在线性或高动态范围模式下捕获图像,并具有滚动快门读数。它包括复杂的相机功能,如像素内装箱,窗口以及视频和单帧模式。它专为低光和高动态范围的场景性能而设计。它可通过简单的双线串行接口进行编程。 AR0239可以产生非常清晰,锐利的数码照片,并且能够捕捉连续视频和单帧,使其成为各种应用的理想选择,包括监控和高清视频。 特性 以90 fps的速度拍摄2.3Mp以获得出色的视频性能 小型光学格式(1 / 2.7英寸 1080p模式适用于16:9视频 卓越的低光性能 3.0um大背面照明像素技术 支持线路交错T1 / T2 / T3读数以启用HDR处理ISP芯片处于1080P和30fps 片上锁相环(PLL)振荡器 集成颜色和镜头着色校正 用于精确帧率控制的从模式 数据接口: - HiSPi(SLVS) - 4个车道 - MIPI CSI-2 - 4车道 - 平行 自动黑电平校准 高速可配置上下文切换 温度传感器 快速模式兼容2线接口 多相机同步支持 高速可配置上下文切换 具有灵...
发表于 07-29 16:02 ? 162次 阅读
AR0239 CMOS图像传感器 2.3 MP 1 / 2.7

AR0543 CMOS图像传感器 5 MP 1/4

美半导体专注于卓越的像素性能,为该传感器的卓越图像质量奠定了基础,具有卓越的色彩精度,低光灵敏度和低噪声水平.AR0542是一款1/4英寸CMOS有源像素数字图像传感器集成了复杂的片上相机功能,如窗口,镜像,列和行跳过模式以及快照模式。它可通过简单的双线串行接口进行编程,功耗非常低。 应用 移动 电路图、引脚图和封装图
发表于 07-29 16:02 ? 94次 阅读
AR0543 CMOS图像传感器 5 MP 1/4

AR0521 CMOS图像传感器 5.1 MP 1 / 2.5

是一款1 / 2.5英寸CMOS数字图像传感器,有源像素阵列为2592(H)x 1944(V)。它通过滚动快门读数捕获线性或高动态范围模式的图像,并包括复杂的相机功能,如分档,窗口以及视频和单帧模式。它专为低亮度和高动态范围性能而设计,具有线路交错T1 / T2读出功能,可在ISP芯片中支持片外HDR。 AR0521可以产生非常清晰,锐利的数字图像,并且能够捕获连续视频和单帧,使其成为安全应用的最佳选择。 特性 5 Mp为60 fps,具有出色的视频性能 小型光学格式(1 / 2.5英寸) 1440p 16:9模式视频 卓越的低光性能 2.2 m背面照明像素技术 支持线路交错T1 / T2读出以启用ISP芯片中的HDR处理 支持外部机械快门 片上锁相环(PLL)振荡器 集成颜色和镜头阴影校正 精确帧率控制的从属模式 数据接口:?HiSPi(SLVS) - 4个车道?MIPI CSI-2 - 4车道 自动黑电平校准 高速可配置上下文切换 温度传感器 快速模式兼容2线接口 应用 终端产品 视频监控 高动态范围成像 安全摄像头 行动相机 车载DVR 电路图、引脚图和封装...
发表于 07-29 16:02 ? 207次 阅读
AR0521 CMOS图像传感器 5.1 MP 1 / 2.5

AR0835 CMOS图像传感器 8 MP 1/3

图像传感器是一款1 / 3.2“光学格式1.4微米像素传感器,能够以每秒42帧的速度捕获其完整的8 MP传感器分辨率,以60fps的速度捕获1080P视频.A-PixHS(tm )技术将安森美半导体的第二代背照式(BSI)像素技术和先进的高速传感器架构结合在一起,实现了许多创新功能。它旨在实现低z高度相机模块,以满足OEM和移动设备制造商的需求。 特性 高动态范围 应用 移动 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 16:02 ? 90次 阅读
AR0835 CMOS图像传感器 8 MP 1/3

AR0522 CMOS图像传感器 5.1 MP 1 / 2.5 近红外增强

是一款1 / 2.5英寸CMOS数字图像传感器,有源像素阵列为2592(H)x 1944(V)。它通过滚动快门读数捕获线性或高动态范围模式的图像,并包括复杂的相机功能,如分档,窗口以及视频和单帧模式。它专为低亮度和高动态范围性能而设计,具有线路交错T1 / T2读出功能,可在ISP芯片中支持片外HDR。 AR0522可生成非常清晰,锐利的数码照片,并且能够捕捉连续视频和单帧,使其成为各种应用的理想选择。 特性 5 Mp,60 fps,优异的视频性能 小光学格式(1 / 2.5英寸) 彩色滤光片阵列:RGB和单色 1440p模式适用于16:9视频 卓越的低光性能 2.2 m背面照明像素技术 支持线路交错T1 / T2读出以启用ISP芯片中的HDR处理 支持外部机械快门 片上锁相环(PLL)振荡器 集成颜色和镜头着色校正 用于精确帧率控制的从模式 数据接口:?HiSPi(SLVS) - 4条车道?MIPI CSI-2 - 4车道 自动黑电平校准 高速可配置上下文切换 温度传感器 快速模式兼容2线接口 近红外线增强 应用 终端产品 视频监控 高动态范围成像 机器视觉...
发表于 07-29 16:02 ? 162次 阅读
AR0522 CMOS图像传感器 5.1 MP 1 / 2.5  近红外增强
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