《單片機原理及應用》期末課程設計基于單片機的水溫控制系統(tǒng)

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1、數(shù)理與信息工程學院《單片機原理及應用》期末課程設計——單片機控制的水溫控制系統(tǒng) 數(shù)理與信息工程學院 《單片機原理及應用》期末課程設計 題 目： 基于單片機的水溫控制系統(tǒng) 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級： 電信041班 姓 名： 學 號： 指導老師： 成 績： ( 2

2、007.1 ) 目 錄 第1節(jié) 引 言……………………………………………………………………………3 1.1 水溫控制系統(tǒng)概述……………………………………………………………3 1.2 本設計任務和主要內容………………………………………………………3 第2節(jié) 系統(tǒng)主要硬件電路設計………………………………………………………4 2.1 單片機控制系統(tǒng)原理…………………………………………………………4 2.2 溫度采樣電路…………………………………………………………………4 2.2.1溫度傳感器的選取………………………………………

3、……………4 2.2.2溫度傳感器AD590……………………………………………………5 2.2.3電路原理及參數(shù)計算…………………………………………………5 2.2.4 ADC0804性能描述……………………………………………………5 2.3 溫度控制電路…………………………………………………………………5 2.4 主機控制部分…………………………………………………………………6 2.5 鍵盤及數(shù)字顯示部分…………………………………………………………6 第3節(jié) 系統(tǒng)軟件設計…………………………………………………………………8 3.1

4、 主程序流圖……………………………………………………………………8 3.2 主程序…………………………………………………………………………8 3.3 鍵盤和數(shù)字顯示流程圖………………………………………………………14 3.4 鍵盤顯示程序…………………………………………………………………14 第4節(jié) 結束語…………………………………………………………………………23 參考文獻…………………………………………………………………………24 基于單片機的水溫控制系統(tǒng) 數(shù)理與信息工程學院 電信041班 王煒 指導教師：余水寶 第1節(jié)

5、 引 言 在能源日益緊張的今天，電熱水器，飲水機，電飯煲之類的家用電器在保溫時，由于其簡單的溫控系統(tǒng)，利用溫敏電阻來實現(xiàn)溫控，因而會造成很大的能源浪費浪費。 但是利用AT89C51單片機為核心，配合溫度傳感器，信號處理電路，顯示電路，輸出控制電路，故障報警電路等組成，軟件選用匯編語言編程。單片機可將溫度傳感器檢測到的水溫模擬量轉換成數(shù)字量，顯示于LED顯示器上。該系統(tǒng)靈活性強，易于操作，可靠性高，將會有更廣闊的開發(fā)前景。 1.1 水溫控制系統(tǒng)概述 能源問題已經(jīng)是當前最為熱門的話題，離開能源的日子，世界將失去一切顏色，人們將寸步難行，雖然本設計是節(jié)省電能角度出發(fā)，而電能

6、又是可再生能源，但是在今天還是有很多的電能是依靠火力，核電等一系列不可再生的自然資源所產(chǎn)生，一旦這些自然資源耗盡，我們將面臨電能資源的巨大的缺口，因而本設計從開源節(jié)流的截流角度出發(fā)，節(jié)省電能，保護環(huán)境。 1.2 本設計任務和主要內容 設計并制作一個水溫自動控制系統(tǒng)，控制對象為1升凈水，容器為搪瓷器皿。水溫可以在一定范圍內由人工設定，并能在環(huán)境溫度降低時實現(xiàn)自動控制，以保持設定的溫度基本不變。 本設計主要內容如下： 　 （1）溫度設定范圍為40～90℃，最小區(qū)分度為1℃，標定溫度≤1℃。 　?。?）環(huán)境溫度降低時溫度控制的靜態(tài)誤差≤1℃。 　?。?）用十進制數(shù)碼管顯示水的實際溫度。

7、 　　（4）采用適當?shù)目刂品椒?，當設定溫度突變（由40℃提高到60℃）時，減小系統(tǒng)的調節(jié)時間和超調量。 　?。?）溫度控制的靜態(tài)誤差≤0.2℃。 　　 第2節(jié) 系統(tǒng)主要硬件電路設計 2.1 單片機控制系統(tǒng)原理 圖2-1 單片機控制系統(tǒng)原理框圖 2.2 溫度采樣電路 系統(tǒng)的信號采集電路主要由溫度傳感器（AD590）、基準電壓（7812）及A/D轉換電路（ADC0804）三部分組成。如圖：2-2 圖2-2 信號采集電路 2.2.1 溫度傳感器的選取 目前市場上溫度傳感器較多，有以下幾種： 方案一：

8、選用鉑電阻溫度傳感器，此類溫度傳感器線性度、穩(wěn)定性等方面性能都很好，但其成本較高。 方案二：采用熱敏電阻，選用此類元器件有價格便宜的優(yōu)點，但由于熱敏電阻的非線性特性會影響系統(tǒng)的精度。 方案三：選用美國Analog Devices 公司生產(chǎn)的二端集成電流傳感器AD590。其測量范圍在-50℃--+150℃，滿刻度范圍誤差為0.3℃，當電源電壓在5—10V之間，穩(wěn)定度為1﹪時，誤差只有0.01℃。此器件具有體積小、質量輕、線形 度好、性能穩(wěn)定等優(yōu)點其各方面特性都滿足此系統(tǒng)的設計要求。 比較以上三種方案，方案三具有明顯的優(yōu)點，因此選用方案三。 2.2.2 溫度傳感器AD590 測量

9、范圍在-50℃--+150℃，滿刻度范圍誤差為0.3℃，當電源電壓在5—10V之間，穩(wěn)定度為1﹪時，誤差只有0.01℃ 。AD590為電流型傳感器溫度每變化1℃其電流變化1uA在35℃和95℃時輸出電流分別為308.2uA 和368.2uA 。 2.2.3電路原理及參數(shù)計算 溫度采樣電路的基本原理是采用電流型溫度傳感器AD590將溫度的變化量轉換成電流量，再將電流量轉換成電壓量通過A/D轉換器ADC0804將其轉換成數(shù)值量交由單片機處理。 2.2.4 ADC0804性能描述 ADC0804為8bit的一路A/D轉換器，其輸入電壓范圍在0—5v，轉換速度小于100us，轉換精度0.39

10、﹪。滿足系統(tǒng)的要求。 如圖2-3 A/D轉換電路 圖2-3 A/D轉換電路 由于系統(tǒng)控制的水溫范圍為35℃--95℃,所以當輸出電壓為零伏時AD590的輸出電流為308.2uA,因此為了使Ui的電位為零就必須使電流等于電流等于308.2uA, 三端穩(wěn)壓7812的輸出電壓為12v所以取電阻R2=30k , R1=10k的電位器。又由于ADC0804的輸入電壓范圍為0—5v ，為了提高精度所以令水溫為95℃時 ADC0804的輸入電壓為5v（即 Uo=5v）。當水溫為95℃時AD590的輸出電流為368.2uA。因此取R5=81k , R5=5k的電位器。 2.3 溫度控制電路

11、此部分電路主要由光電耦合器MOC3041和雙向可控硅BTA12組成。MOC3041光電耦合器的耐壓值為400v，它的輸出級由過零觸發(fā)的雙向可控硅構成，它控制著主電路雙向可控硅的導通和關閉。100Ω電阻與0.01uF電容組成雙向可控硅保護電路。控制部分電路圖 如圖2-4 部分控制電路。 如圖 2-4 部分控制電路 2.4主機控制部分 此部分是電路的核心部分，系統(tǒng)的控制采用了單片機89C52。單片機89C52內部有8KB單元的程序存儲器及256字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器。因此系統(tǒng)不必擴展外部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器這樣大大的減少了系統(tǒng)硬件部分。

12、如圖2-5 主機控制部分 如圖2-5 主機控制部分 2.5鍵盤及數(shù)字顯示部分 在設計鍵盤/顯示電路時，我們使用單片機2051做為電路控制的核心，單片機2051具有一個全雙工的串行口采用串口，利用此串行口能夠方便的實現(xiàn)系統(tǒng)的控制和顯示功能。鍵盤/顯示接口電路如圖2-6。 圖3-4-1中單片機2051的P1口接數(shù)碼管的8只引腳，這樣易于對數(shù)碼管的譯碼，使數(shù)碼管能顯示設計者所需的各數(shù)值、小數(shù)點、符號等等。 單片機2051的P3.3、P3.4、P3.5接3-8譯碼器74L138，譯碼器的輸出端直接接八個數(shù)碼管的控制端和鍵盤，鍵盤掃描和顯

13、示器掃描同用端口這樣能大大的減少單片機的I/O，減少硬件的花費。 圖2-6 鍵盤/顯示部分電路 鍵盤的接法的差別直接影響到硬件和軟件的設計，考慮到單片機2051的端口資源有限，所以我們在設計中將傳統(tǒng)的4*4的鍵盤接成8*2的形式（如圖2-7），鍵盤的掃描除了和顯示共用的8個端外，另外的兩個端直接和2051的P3.2和P3.7相連。 圖2-7鍵盤接線 如圖2-7的接法已經(jīng)完全用完了單片機的15個I/O口，有效的利用了單片機的資源。 第3節(jié) 系統(tǒng)的軟件設計 3.1 系統(tǒng)主程序設計

14、 開機 機 系統(tǒng)初始化 顯示清零，各記數(shù)指針清零 ，設定定時器及中斷 否 是 調用相應的中斷程序 判斷是否有中斷？ PID 算法 PWM 波產(chǎn)生 接收及發(fā)射串 顯示數(shù)據(jù) PC機通信 子程序 圖3-1主程序流程圖 各類數(shù)值轉 換子程序 3.2 主程序 主程序如下：ORG 0000H AJMP START ;主程序 ORG 000BH AJMP TIM0 ;T0中斷子程序

15、 ORG 0023H AJMP RT ;串口中斷接受子程序 ORG 0100H START:MOV 50H,#00H ;初始化設定溫度 MOV 51H,#00H MOV 52H,#00H MOV 53H,#00H MOV 54H,#0C6H ;發(fā)送第5個數(shù)碼管字形碼“C” MOV TMOD,#01H ;T0工作在MODE1 MOV TH0,#0ECH ;晶振12M，50ms中斷一次 MOV TL0,#78H SETB TR

16、0 MOV TMOD,#20H ;T1工作在MODE2 MOV TH1,#0E6H ;設波特率 MOV TL1,#0E6H SETB TR1 MOV SCON,#50H MOV IE,#92H ;允許T0,RI中斷 MOV R6,#04H ;初始要接收的數(shù)據(jù)個數(shù) MOV R1,#50H ;初始要接收數(shù)據(jù)的起始地址 MOV R4,#00H REY: MOV A,53H CJNE A,#00H,YE

17、S SJMP REY YES: MOV R3,#00H YES1: CLR P2.0 ;開始AD轉換 CLR P3.6 SETB P3.6 ACALL DELAY J1: MOVX A,@R0 ACALL SJCL ;調用數(shù)據(jù)處理子程序 ACALL DISP DJNZ R3,MM ACALL FS ;調用串口發(fā)送子程序 AJMP YES MM: AJMP YES1 SJCL:MOV B,#60

18、MUL AB MOV 61H,A MOV A,B ADD A,#35 ACALL L10 MOV 60H,R5 ;存十進制高八位 （個位和十位） MOV A,61H MOV B,#9 MUL AB MOV 61H,B ;存十進制低八位 （小數(shù)點） RET L10: CLR C MOV R5,#00H ;初始化十進制轉換的地位寄存器 MOV R4,#08H ;調整次數(shù) NEXT:RLC A

19、 MOV R2,A MOV A,R5 ADDC A,R5 DA A MOV R5,A MOV A,R2 DJNZ R4,NEXT RET DISP: MOV A,60H ANL A,#0F0H ;取D2的顯示數(shù)據(jù)存入70H SWAP A MOV 70H,A MOV A,60H ANL A,#0FH ;取D1的顯示數(shù)據(jù)存入71H MOV 71H,A MOV

20、72H,61H ;取D0的顯示數(shù)據(jù)存入72H MOV R0,#70H ;取相應的字形碼分別存入55-57H MOV DPTR,#TAB MOV A,@R0 MOVC A,@A+DPTR MOV 55H,A INC R0 MOV A,@R0 MOVC A,@A+DPTR MOV 56H,A INC R0 MOV A,@R0 MOVC A,@A+DPTR MOV 57H,A MOV A

21、,56H ADD A,#80H ;在D1字形碼上加小數(shù)點 MOV 56H,A RET FS: MOV A,R0 PUSH ACC MOV TMOD,#20H MOV TH1,#0E6H MOV TL1,#0E6H SETB TR1 MOV SCON,#50H MOV R0,#54H ;設定發(fā)送起始地址 MOV R7,#04H LOOP:MOV SBUF,@R0 JNB TI,$ CLR TI

22、 INC R0 DJNZ R7,LOOP POP ACC MOV R0,A RET ;串口中斷接受子程序 RT: PUSH ACC PUSH PSW CLR ET0 CLR ES SJ: MOV @R1,SBUF INC R1 CJNE R4,#03H,MOVE SJMP MOVE1 MOVE :INC R4 CLR RI JNB RI, $ MOVE1:DJNZ R6,SJ MOV R4,

23、#00H MOV R1,#50H ;重置接收起始地址 MOV R6,#04H ;重置接收個數(shù) SETB ET0 SETB ES POP PSW POP ACC RETI ;T0中斷子程序 TIM0: PUSH ACC PUSH PSW MOV TH0,#0ECH ;重設中斷時間 MOV TL0,#78H CLR C ;ACALL JS MOV A,51H CJNE A,70H,Q1 ;最高位

24、比 SJMP Q2 Q1: JC OFF SJMP ON Q2: MOV A,52H CJNE A,71H,Q3 Q3: JC OFF ON: CLR P1.4 CLR P1.2 RE: POP PSW POP ACC RETI OFF: SETB P1.4 SETB P1.2 SJMP RE DELAY:MOV R7,#50 DJNZ R7,$ RET TAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,

25、99H,92H,82H,0F8H,80H,90H 3.3鍵盤顯示程序 開機 機 系統(tǒng)初始化 顯示清零，各記數(shù)指針清零 否 是 消除顫抖 判斷是否有鍵按下？ 設定水溫 顯示溫度 確定單步 清零 取消輸出 1 2 3 4 5 圖3-2鍵盤顯示程序流圖 輸出 65 3.4 鍵盤顯示程序 鍵盤顯示程序如下： FLAGA BIT 4EH FLAGB BIT 4FH ORG 00H JMP START ORG 23H

26、 JMP UARTI START: CLR FLAGA CLR FLAGB MOV 30H,#07H ;系統(tǒng)顯示 MOV 31H,#07H ;PPPPPPPP MOV 32H,#07H MOV 33H,#07H MOV 34H,#07H MOV 35H,#07H MOV 36H,#07H MOV 37H,#07H MOV R1,#90H MO

27、V R0,#50H PP: CLR P3.3 ;P3.5P3.4P3.3=000 CLR P3.4 CLR P3.5 MOV A,30H MOV P1,A SETB P3.3 ;001 MOV A,31H MOV P1,A SETB P3.4 ;010 CLR P3.3 MOV A,32H MOV P1,A

28、 SETB P3.3 ;011 MOV A,33H MOV P1,A SETB P3.5 ;100 CLR P3.4 CLR P3.3 MOV A,34H MOV P1,A SETB P3.3 ;101 MOV A,35H MOV P1,A SETB P3.4 ;110 CLR

29、 P3.3 MOV A,36H MOV P1,A SETB P3.3 ;111 MOV A,37H MOV P1,A DJNZ R0,PP MOV R0,#0FFH DJNZ R0,$ DJNZ R1,PP ;系統(tǒng)顯示 MOV SCON,#52H ;串行口方式2，允許接收，初態(tài)TI=1 MOV 30H,#0FH ;0

30、 MOV 34H,#0FH MOV 33H,#93H ;C MOV 37H,#93H Z1: CLR P3.3 ;000 CLR P3.4 CLR P3.5 MOV A,30H MOV P1,A JB P3.2,Z11 ACALL DELAY ;JIAN CHU LI JNB P3.2,$ SETB FLAGA

31、JMP Z2 Z11: JB P3.7,Z2 ACALL DELAY ;JIAN CHU LI JNB P3.7,$ JNB FLAGA,Z2 JB FLAGB,Z12 MOV 31H,#0C0H ; MOV R0,#0 SETB FLAGB JMP Z2 Z12: MOV 32H,#0C0H ; MOV R1,#0 CLR FLAGB

32、 Z2: SETB P3.3 ;001 MOV A,31H MOV P1,A JB P3.2,Z21 ACALL DELAY ;JIAN JNB P3.2,$ JNB FLAGA,Z3 JB FLAGB,Z22 MOV 31H,#0F9H ; MOV R0,#1 SETB FLAGB JMP Z3 Z22: MO

33、V 32H,#0F9H ; MOV R1,#1 CLR FLAGB JMP Z3 Z21: JB P3.7,Z3 ACALL DELAY ;JIAN JNB P3.7,$ JNB FLAGA,Z3 JB FLAGB,Z23 MOV R0,#2 MOV 31H,#0A4H ; SETB FLAGB JMP Z3 Z23:

34、 MOV 32H,#0A4H ; MOV R1,#2 CLR FLAGB Z3: SETB P3.4 ;010 CLR P3.3 MOV A,32H MOV P1,A JB P3.2,Z31 ACALL DELAY ;JIAN JNB P3.2,$ JNB FLAGA,Z4 JB FLAGB,Z32 MOV

35、 31H,#0B0H ; MOV R0,#3 SETB FLAGB JMP Z4 Z32: MOV 32H,#0B0H ; MOV R1,#3 CLR FLAGB JMP Z4 Z31: JB P3.7,Z4 ACALL DELAY ;JIAN JNB P3.7,$ JNB FLAGA,Z4 JB FLAGB,Z33

36、 MOV 31H,#99H ; MOV R0,#4 SETB FLAGB JMP Z4 Z33: MOV 32H,#99H ; MOV R1,#4 CLR FLAGB Z4: SETB P3.3 ;011 MOV A,33H MOV P1,A JB P3.2,Z41 ACALL DELAY ;JIAN JNB P3.2,

37、$ JNB FLAGA,Z5 JB FLAGB,Z42 MOV 31H,#92H ; MOV R0,#5 SETB FLAGB JMP Z5 Z42: MOV 32H,#92H ; MOV R1,#5 CLR FLAGB JMP Z5 Z41: JB P3.7,Z5 ACALL DELAY ;JIAN JN

38、B P3.7,$ JNB FLAGA,Z5 JB FLAGB,Z43 MOV 31H,#82H ; MOV R0,#6 SETB FLAGB JMP Z5 Z43: MOV 32H,#82H ;0 MOV R1,#6 CLR FLAGB Z5: CLR P3.3 ;100 CLR P3.4 SETB P3.5

39、 MOV A,34H MOV P1,A JB P3.2,Z51 ACALL DELAY ;JIAN JNB P3.2,$ JNB FLAGA,Z6 JB FLAGB,Z52 MOV 31H,#0F8H ; MOV R0,#7 SETB FLAGB JMP Z6 Z52: MOV 32H,#0F8H ; MOV R1,#

40、7 CLR FLAGB JMP Z6 Z51: JB P3.7,Z6 ACALL DELAY ;JIAN JNB P3.7,$ JNB FLAGA,Z6 JB FLAGB,Z53 MOV 31H,#80H MOV R0,#8 SETB FLAGB JMP Z6 Z53: MOV 32H,#80H MOV R1,#8

41、 CLR FLAGB Z6: SETB P3.3 ;101 MOV A,35H MOV P1,A JB P3.2,Z61 ACALL DELAY ;JIAN JNB P3.2,$ JNB FLAGA,Z7 JB FLAGB,Z62 MOV 31H,#98H MOV R0,#9 SETB FLAGB JMP Z7

42、 Z62: MOV 32H,#98H MOV R1,#9 CLR FLAGB JMP Z7 Z61: JB P3.7,Z7 ACALL DELAY ;JIAN JNB P3.7,$ JNB FLAGA,Z7 MOV A,R0 MOV B,#10 MUL AB MOV B,R1 ADD A,B MOV SB

43、UF,A CLR FLAGA CLR FLAGB Z7: SETB P3.4 ;110 CLR P3.3 MOV A,36H MOV P1,A Z8: SETB P3.3 ;111 MOV A,37H MOV P1,A JMP Z1 DELAY: MOV R7,#0F0H DL0: MOV R6,#0F0H DJNZ R6,$

44、 DJNZ R7,DL0 RET UARTI: PUSH ACC PUSH PSW MOV DPTR,#TABLE MOV A,SBUF JNB RI,$ CLR RI MOV B,A ANL A,#00FH MOVC A,@A+DPTR MOV 36H,A MOV A,B ANL A,#0F0H MO

45、V B,#10H DIV AB MOVC A,@A+DPTR MOV 35H,A MOV A,R1 POP PSW POP ACC RETI TABLE: DB 11H,7DH,23H,29H,4DH DB 89H,81H,1DH,01H,09H； 結 束 語 首先，通過這次應用系統(tǒng)設計，在很大程度上提高了自己的獨立思考能力和單片機的專業(yè)知識，也深刻了解寫一篇應用系統(tǒng)的步驟和格

46、式，有過這樣的一次訓練，相信在接下來的日子我們都會了，而且會做得更好。 我所寫的系統(tǒng)主要根據(jù)目前節(jié)省能源的發(fā)展趨勢和國內實際的應用特點和要求，采用了自動化的結構形式，實現(xiàn)對水溫的自動檢測和控制。 系統(tǒng)以單片機AT89C52為核心部件，單片機系統(tǒng)完成對水溫信號的采集、處理、顯示等功能;用Protel軟件繪制電路原理圖和PCB電路印刷板圖，并在電路板廠制作控制主板;利用MCS51匯編語言編制,運行程序該系統(tǒng)的主要特點是: 1)適用性強，用戶只需對界面參數(shù)進行設置并啟動系統(tǒng)正常運行便可滿足不同用戶水溫的要求，實現(xiàn)對水溫的實時監(jiān)控。避免了電力力資源的浪費，節(jié)省了能源。

47、 2)將單片機以及溫度傳感器引入對水溫的分析和處理中，單片機控制決策無需建立被控對象的數(shù)學模型，系統(tǒng)的魯棒性強，適合對非線性、時變、滯后系統(tǒng)的控制，對水溫控制系統(tǒng)采用單片機控制非常適合。 3)系統(tǒng)成本低廉，操作非常簡單，可擴展性強，只要稍加改變，即可增加其他使用功能。 本系統(tǒng)對現(xiàn)代化的發(fā)展具有十分重要的意義： 首先，節(jié)省了能源，特別是最近幾年，我國東部沿海地區(qū)電力資源缺口十分巨大，可以緩解部分電力資源壓力。 其次，由于我過大部分電力資源是火力發(fā)電，因而從一定程度上節(jié)省了自然資源，以及保護了環(huán)境。 通過對本設計的思考，更加加深了對單片機的認識，熟練了單片

48、機的編程，更對當前的溫度傳感器有了更深刻的認識與了解，但是由于此系統(tǒng)依賴溫度傳感器，因而對溫度傳感器的穩(wěn)定性，線性等諸多方面有著嚴格的要求，但是傳感器的性能越好，相對而言其價格也就越高，因而在此設計中，溫度傳感器我個人覺的還是存在遺憾，其次，由于采用了匯編語言，所以其編程過程復雜不易查錯。最后由于時間緊迫，本設計還有諸多地方需要改進。 由于本設計是從保溫部分節(jié)能為出發(fā)點而設計，因而在其加熱部分還是存在很大能源浪費，因而在日后的開發(fā)應用中因當注意要，對其加熱部分的選材的改進。 參考文獻 [1]：大學生電子設計競賽組委會、第五屆全國電子設計競賽獲獎作品選編北京：北京理工大學出

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50、izi3xh3BhWYreKO8d9g7nmZQoWPJeTLDrw08gVS8DsDQQYGC3cE7moO2tLF0Jf1gK74IUXyBmtIVR97CkrfVqULT5fn2t6MpJR6rbzVPSortZvIj5NB5ndVvSr4iWr1TwLFKgLSPzuhRjQ3CmZU98eUOuijdLSZqPmvrw9zKupxf8WFUG9l2G9277g2rTipa1YpCZEuqxpKBhtVDCooQOzxUz3vJrZmOcijyM62zchmeooTYes8EBMm932tbz2Yo09RtsZEYS8Zrd2Yktj8l6jEAzVAjnfbtryLvsm6oFbfT

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