CN102798698A - 物联网气体监测警示装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种物联网气体监测警示装置，该装置包含中央处理器部件，传感器部件，通信部件，数据存储部件及电源部件。液晶显示部件为三色背光液晶显示器；传感器包括：1～5种气体传感器并加粉尘传感器、温湿度传感器；通讯部件包括：一短距离无线传输/接收模块、一GPRS无线传输/接收模块；数据存储部件为：一USB接口的数据记录存贮部件。本发明利用短距离无线功能传输测量数据至集团客户(如电信运营商)的网关，或者利用GPRS功能将测量数据上传至相关管理部门或集团客户的服务平台，提供手机短信及手机遥控，电子留言板，远程采集数据和发送控制指令等，并与物业管理系统的服务管理平台连接，构成应用于物联网的室内监测监控终端和设备。

Description

物联网气体监测警示装置

技术领域

本发明涉及一种用气体监测警示装置，更具体地说，是一种远程控制的气体监测警示装置，该装置内置有多种传感器，配置一种大屏幕液晶显示器，并具有无线传输和接收功能，具有数据存储记录功能，通过监测警示装置可以实时测量多种参数，并直接控制室内的通风设备、温湿度设备、气体净化设备等，该室内监测警示装置可以采用物联网的方式进行数据传输/接收，是物联网应用中的一种终端设备。

背景技术

减少空气污染最重要的是预防。但很多家居的空气污染物都是无色无味的。当你已经在身体上出现由于空气污染所带来的不适时就为时较晚了。由于污染物成千上万，从技术上和经济上都不可能对每项进行检测。室内空气品质是一个综合性指标，包括室内温度、湿度、新风量及室内各种低浓度污染，室内污染物虽然可能浓度很低，但会使人们在不知不觉地被动地吸入，这种低浓度污染长期对人的干扰会导致植物神经紊乱，免疫力减退，造成在行为上和功能上的变化，对人潜在的危害是无法估量的。因此室内空气品质的实时监控是保证良好室内空气环境的一个重要部分。健康的室内环境，已越来越成为人们追求的目标。对室内空气品质进行监测是保证良好的室内环境不可缺少的部分。

其中二氧化碳(CO₂)代表人的生物散发物，在以人为主要污染源的场所，CO₂的发生量由人的数量和活动情况决定，因此在人数较多或空间狭窄的场所，CO₂浓度是空气品质及通风状态的主要评价指标。

一氧化碳(CO)是燃料不完全燃烧的产物，它是一种无色无味的气体，能很快被肺吸收，它和血红蛋白结合的速率是氧气的250倍，从而阻止氧的传输，具有极强的毒性。

TVOC是指包括VOC在内的混合污染气体。它覆盖了VOC(如木材涂料及其它建筑产品所散发出的甲苯)，香烟烟雾，氨气，H2S气体，一氧化碳(CO)，酒精，天然气和人体气味。相比其它单一气体传感器来说，它更适合用于长期监控室内空气品质。至于你想知道到底是哪种气体，哪项物质超标，需要专门的手持仪器上门检测、实验室分析后才能知道。

将室内空气的监测与物联网链接，有着巨大的市场前景。它代表信息化时代发展的方向，从信息化、自动化迈向智能化的应用之路。目前物联网的技术应用首先联系到了家电中，物联网的家电应用范围很广泛，它包括以下方面：

1.家庭安防功能：物联网可实现将各类家用设备与第三代移动通讯技术相结合的应用，使得手机或家庭网关可以和家用设备直接通讯。这样，通过物联网可以以手机或其它移动通讯终端来直接监测甚至控制家用终端设备，省去了布线及连接主控器的要求。若房间有陌生人闯入，家用设备可以通过各类传感器感应到人体，并拍下照片，打包成彩信发送给主人，如果是熟悉人可电话询问，要是陌生人可立即报警。

2.远程报警及救援功能：当有老人、小孩独自在家时，发生事故跌倒等紧急情况，专业的家庭安防系统反而可能成为囚住家中人或者救援人员进入的“笼子”。而物联网监测警示装置则可以通过物联网即时通讯告知主人紧急情况发生，让救援人员及时赶到，避免家庭财产因延时救援而造成不必要的损失。而当家中有一氧化碳浓度超标或可燃气体泄露时，在外工作的主人可以及时收到短信提示，打电话告诉家中老人或孩子开窗通风，或通知物业人员上门处理。

3.远程监控功能：只需要将主人的个人通讯设备通过物联网与家用设备进行绑定，那么主人将随时随地，特别是出差中或者上班中，都可以打开手机，通过3G网络视频查看到家中的即时情况。

4.故障诊断自动保修功能：若监控警示装置出现故障，它将会进行部件的自动监测判断，并将诊断结果以短信的方式发送给用户，让用户轻松掌握监测警示装置的运行状况，非常省心实用。

发明内容

本发明的目的是提供一种物联网气体监测警示装置，该物联网气体监测警示装置包含一中央处理器部件，传感器部件，通信部件及电源部件，其中，所述中央处理器部件连接控制下述部件：

一液晶显示部件，该显示部件为三色背光液晶显示器；

一输出部件，为一报警器装置；

一操作部件，为光敏器件或按键结构；

一数据存储部件，为带有USB接口的数据存储记录部件

所述传感器包括：1～5种气体传感器或气体传感器加粉尘传感器，以及温湿度传感器；

所述通讯部件包括：一短距离无线传输/接收模块；一GPRS无线传输/接收模块。

其中，所述物联网气体监测警示装置通过所述通信部件，将测量值、设置值、控制指令输出至现场控制装置，直接控制通风设备、温湿度设备、气体净化设备等外围设备。

其中，所述物联网气体监测警示装置以通过所述通信部件与远程监控服务平台无线连接，从而提供手机短信及手机遥控，电子留言板，远程采集数据和发送控制指令等，并可与物业管理系统的服务管理平台连接。

其中，所述液晶屏显示部件具有留言板显示功能，其通过通信部件接收到用户的移动通讯设备发来的短信，并经由中央处理器部件显示在显示部件上。

其中，所述液晶显示部件的三色背光显示，用于显示所有测量参数及根据测量值计算出的新风量，根据测量参数的浓度自动变换颜色，起到提示报警作为。绿色显示为正常，黄色显示为临界，红色显示为超警显示。

其中，所述传感器包括：

一氧化碳传感器(CO)，用于对一氧化碳监测

二氧化碳传感器(CO2)，用于对二氧化碳的监测；

混合气体传感器(TVOC)，用于对可挥发性气体的监测；

臭氧传感器(O3)，用于对臭氧浓度的监测

可燃气体传感器，用于对可燃气体的监测

粉尘传感器用于监测粉尘浓度

数字温湿度传感器用于对温湿度的监测。

以上传感器，除了温湿度传感器，可任意组合选用1种到5种。

上述监测警示装置可配套无线控制器，用于根据监测装置实时测量的参数及控制设置参数，直接控制通风设备、温湿度设备、气体净化设备等。

本发明的有益效果如下：1.应用于所有需要实时监测空气环境的场所：如中高档住宅、办公室、教室、医院病房、健身房、银行、购物场所、娱乐场所、餐厅等；2.具有警示提醒功能，及时通风换气，避免相对封闭环境的气体污染和交叉传染；具有高浓度声音报警功能，避免中毒危险；3.根据测量参数，控制通风设备、空气净化设备、湿度设备等；4.利用无线功能远程传输测量数据，与远端运营管理平台无线连接，提供数据上传，电子留言，手机遥控，远程指令控制相应设备，并可与物业管理系统的服务管理平台连接；5.利用USB数据记录功能，记录保存测量数据。

附图说明

图1为物联网气体监测警示装置的原理框图。

图2为本发明的物联网气体监测警示装置的示意图。

图3为本发明的物联网气体监测警示装置的右视图。

具体实施方式

下面，将参照具体实施例来详细描述本发明的物联网气体监测警示装置。

图1是示出了本发明的物联网气体监测警示装置的示意性框图。如图1所示，本发明的物联网气体监测警示装置1主要包括中央处理器部件100，显示部件101，传感器部件102，输出部件103，通信部件104，数据存储部件105，电源部件106和操作部件107。其中，传感器部件102用于测量室内环境的气体参数；中央处理器部件100与传感器部件102连接，接收传感器部件102所测量的室内环境的气体参数，并对所述气体数据进行处理；显示部件101与中央处理器部件100连接，以接收中央处理器部件100所处理的气体数据进行显示；输出部件103与中央处理器部件100连接，以根据中央处理器部件100的指令进行其它形式的物理输出；通信部件104与中央处理器部件100连接，以将中央处理器部件100所处理的气体数据和其它指令发送到外围设备，并从外围设备接收信息；数据存储部件105与中央处理器部件100连接，实时接受测量数据并存储起来，通过插入USB外部设备将这些存储数据取走；操作部件106与中央处理器部件100连接，用于向中央处理器部件100提供用户的操作输入；电源部件105，用于向物联网气体监测警示装置的各个部件提供电源。

下面，将对本发明的物联网气体监测警示装置1的各个组成部件进行详细说明。

本发明的传感器部件102可以是最多5种传感器+温湿度传感器，比如CO2+CO+TVOC+温湿度，或CO2+TVOC+CO+O3+粉尘+温湿度。例如，CO₂传感器可以是红外自扩散式传感器，其具有十年以上的使用寿命，具有测量值自校验功能，从而长期使用无需校验，此外，该CO₂传感器具有快速反应，以及超高的稳定性和一致性。这里，本发明的传感器部件102还可以包括其它类型的传感器，以便检测环境气体的其它参数。例如，本发明的传感器部件102包括混合气体传感器，其对多种可挥发性污染气体高度敏感，如氨气、甲苯、甲醛，以及香烟、酒精、硫化氢等，从而非常适合用于长期实时监测室内综合气体污染状况。

本发明的传感器部件102包括模拟量输出和数字接口，从而将测量参数数据传送到中央处理器部件100。在本发明中，传感器部件102采集多种测量参数通过其每种传感器的数字接口直接传送至中央处理器部件100。

本发明的中央处理器部件100可以采用高速大容量的处理器，例如，32位ARM系列AT91SAM7S256微处理芯片，具有高速通信和大容量存储特性，并且具有RS232、RS485、USB通信接口以及与通信部件104对接的接口、用于驱动显示部件101的LED驱动器驱动接口等，从而可以和任意具有以上接口的通信设备及显示终端相连接。如上所述，该中央处理部件100可以通过数字接口从传感器部件102接收数据，并且对于接收的数据进行补偿处理，以消除环境因素对每一种气体测量值的影响，之后将数据实时传送到显示部件101，并在显示部件101上显示。同时，将数据实时传送至105存储部件，同时，中央处理器部件100可通过与通信部件104连接，从而将数据发送其它无线接收设或者从外部无线设备接收数据。

在本发明的实施例中，通信部件104可以包括一路短距离无线通信模块，比如可以是ZigBee或者433频率，以及1路GPRS通信模块，通过电平转换芯片(例如，74LVC07AD)和中央处理部分100相连。

在本发明专利中，数据存储部件105可通过串口和中央处理器部件100连接，用于自动记录每一条发送到显示部件101的经过补偿技术处理的测量数据。此外，采样间隔时间可预先设置，在每分钟采样一次的条件下最多可记录60天的数据。用户可通过USB通信接口用U盘将这些存储的数据拷贝下来，以在PC机上显示。可提供专门的参数设置和显示软件，在PC机上应用。

在本发明的实施例中，电源部件106可适用于宽泛的电压输入，例如AC/DC12V-40V。该电源部件105可具有高性能的电源管理芯片，比如，LM2576-5V，、以输出供显示部件、遥控、无线通信所用的电压，并且，该电源部件106可利用稳压器将输出电压，例如，5V转换为适用于中央处理器部件100、存储部件105、以及通信部件104的电压，例如，3.3V。

如上所述，本发明的物联网气体监测警示装置1可以通过通信部件104与其它通信设备进行无线通信，从而上传数据和接受各种指令和数据。例如，本发明的物联网气体监测警示装置1可以将数据传输至网关，或直接上传至管理服务平台，实现短信提示功能，集中数据分析。例如，具有电子留言板功能，其通过通信部件104接收到用户的移动通讯设备发来的短信，并经由中央处理器部件100显示在显示部件101上。这显然极大地扩展了本发明的物联网气体监测警示装置的应用领域。

在本发明的实施例中，可以采用液晶屏作为显示部件101，该显示部件101可以是任何液晶显示屏，如图2、图3所示。该液晶屏可以悬挂于墙面上，也可放置于桌面。当然，本领域技术人员可以理解，这里的显示部件101可以是具有任意大小的任意种类的显示器件，并不限于液晶显示器。在本发明的显示部件101中，可以设置其具有三色背光显示功能，从而通过显示部件101上显示颜色的变化清楚直观地提示测量气体中二氧化碳、一氧化碳或可挥发性污染气体的浓度范围。这显然能够在用户并不需要环境参数的精确指示的情况下向用户提供更加直观清楚的信息表示，以及提示和报警功能，从而提高了用户使用的便利性。例如，在三色背光显示中，可以采用绿色来提气体浓度较低，空气质量良好，用橙色来提示气体浓度中等，空气质量欠佳，并且用红色来提示气体浓度较高，空气质量较差。

输出部件103可以是继电器干触点输出或蜂鸣器声音报警装置等。在蜂鸣器声音报警装置中内置有60分贝蜂鸣器，可以对于较高浓度的有害气体进行声音报警，例如，当室内的一氧化碳或其它可挥发性污染气体的浓度超过国家标准时。

操作部件107可以是任意光敏器件或其它按键。

下面，将对上述物联网气体监测警示装置的流程进行进一步的描述。

在本发明的实施例中，上述物联网气体监测警示装置可提供一种针对二氧化碳(CO₂)、二氧化碳平均值(在设定的时间段：1～24小时)、可挥发性污染气体(TVOC)、一氧化碳(CO)、臭氧(O3)、可燃气体、粉尘中任意5种参数，以及温度、湿度而进行的综合监测。其中，监测的具体参数如下：

对二氧化碳(CO₂)的监测：监测室内二氧化碳浓度，是目前国际国内通用的测量气体通风状态及气体质量好坏的主要参数。其中，可预先设置一个时间段(1～24小时可选)，显示在该时间段内的CO₂测量平均值。为准确判断该空间环境的气体质量提供了客观参数。

对于可挥发性气体(TVOC)监测：可挥发性污染气体从建筑材料、装修和室内家具物品中产生，包括甲苯、氨、硫化氢、甲醛等挥发性有毒有害气体对人体的危害极大。单一气体检测设备昂贵，检测时间短，无法作为常态监测产品。由于这些有害气体长期存在，而他们在不同的环境条件下(如不同的温度和湿度)其挥发程度不同，使得这种一次性检测结果意义有限。而对于本发明的实施例采用的综合气体品质传感器，其对多种可挥发性污染气体高度敏感，如氨气、甲苯、甲醛，以及香烟、酒精、硫化氢、一氧化碳等，其非常适合用于长期实时监测室内综合气体污染状况。以上有害气体超标或浓度变化，该综合气体品质传感器的测量值就会敏感变化，及时对不良环境提示报警。使得用户可及时通过开窗通风或直接控制气体净化设备、通风设备进行气体处理。

对于一氧化碳(CO)监测：本发明的物联网气体监测警示装置采用由半导体气敏元件构成的一氧化碳传感器，实时监测不完全燃烧物所产生的一氧化碳，及时进行报警提示。可立即开窗通风，或通过抽油烟机或排风机进行通风，保证安全。

对臭氧(O3)的监测：臭氧可用于杀毒，但过量会对人体造成伤害。所以在公共场所需将浓度控制在国家标准的范围内。本发明的物联网气体监测警示装置，可实时监测臭氧的浓度，及时进行报警提示。

对可燃气体泄漏的监测：本发明的物联网气体监测警示装置，已经有了一氧化碳对于煤气泄漏的监测。对于监测室内天然气和石油液化气泄漏，可选择相应的可燃气体传感器：包括甲烷、丙烷、丙烯、丁烷等。实时监测由于民用烹调气体可能产生泄漏，并及时进行报警提示。

对粉尘的监测：粉尘是指悬浮在空气中的固体微粒。粉尘是人类健康的天敌，是诱发多种疾病的主要原因。飘逸在空气中的粉尘往往含有许多有毒成分，如铬，锰，镉，铅，汞，砷等。

本发明的物联网气体监测警示装置，可实时监测空气中粉尘的浓度，并及时进行报警提示。

对于温湿度检测：本发明的物联网气体监测警示装置可以内置数字式温湿度一体传感器，测量准确、稳定。通过准确测量室内的温度、湿度，可以对二氧化碳、TVOC、CO的测量值进行补偿，使气体测量值更为准确，将环境因素对其它气体的测量值影响降至最低。并且通过测量室内的温湿度，可以是人们在关注室内温度的同时，也关注与之紧密相关的湿度参数。

下面，将对本发明的物联网气体监测警示装置对于气体质量监测的具体过程进行描述如下。本发明的物联网气体监测警示装置可以根据不同的气体对人体的危害程度，可以给予机主实时的短信通知，例如：

在一氧化碳(CO)的情况下，a)当CO浓度升高至9ppm持续60分钟，向机主发送短信提示气体中含有一氧化碳(CO)有毒气体。“CO浓度持续达到：XXppm，超出卫生标准，请注意通风换气”；b)当CO浓度升高至30ppm持续120分钟，向机主发送短信提示气体中含有一氧化碳(CO)有毒气体。“CO浓度持续达到：XXppm，需要立刻查明，并同时开启门窗通风”；c)当CO浓度升高至50ppm持续60分钟，向机主发送短信提示气体中含有一氧化碳(CO)有毒气体。“CO浓度持续到达：XXppm，需要立刻查明，并同时开启门窗通风”；d)当CO浓度升高至100ppm持续10分钟，向机主发送短信提示气体中含有一氧化碳(CO)有毒气体。“CO浓度持续达到：XXXppm，需要立刻查明，并同时开启门窗通风”；e)当CO浓度升高至300ppm持续3分钟，向机主发送短信提示气体中含有一氧化碳(CO)有毒气体。“CO浓度持续高达：XXXppm，需要立刻查明，并同时开启门窗通风”。

在二氧化碳(CO2)的情况下，a)当CO2浓度升高至1000ppm并持续24小时，向机主发送短信提示气体中二氧化碳(CO2)浓度超出卫生标准。“CO2浓度持续达到：XXXXppm，请注意通风换气”；b)当CO2浓度升高至1400ppm持续4小时，向机主发送短信提示气体中二氧化碳(CO2)浓度超标。“CO2浓度持续达到：XXXXppm，超出卫生标准，需要及时通风换气”；c)当CO2浓度升高至1800ppm持续1小时，向机主发送短信提示气体中二氧化碳(CO2)浓度超标。“CO2浓度持续达到：XXXXppm，严重超出卫生标准，需要及时通风换气”；d)当CO2浓度升高至3000ppm持续15分钟，向机主发送短信提示气体中二氧化碳(CO2)浓度超标。“CO2浓度持续达到：XXXXppm，严重超出卫生标准，需要及时通风换气”；e)当CO2浓度升高至5000ppm持续1分钟，向机主发送短信提示气体中二氧化碳(CO2)浓度超标。“CO2浓度持续达到：XXXXppm，严重超出卫生标准，需要及时通风换气”。

在可挥发性有机物(TVOC)的情况下，a)当TVOC浓度升高至(中)持续120分钟，向机主发送短信提示气体质量欠佳，请注意通风换气；b)当TVOC浓度升高至(中+)持续60分钟，向机主发送短信提示气体质量欠佳，请注意通风换气；c)当TVOC浓度升高至(高)持续10分钟，向机主发送短信提示气体质量差，需要及时通风换气；d)当TVOC浓度升高至(高+)持续3分钟，向机主发送短信提示气体质量差，需要及时通风换气。

当温度和湿度超过上下限设定值时，向机主发送短信提示：

a)当温度：＞28℃，向机主发送短信提示“室内温度过高，温度持续达到：XX.X℃超出卫生标准，请注意降温”。

b)当温度：＜16℃，向机主发送短信提示“室内温度过低，温度持续达到：XX.X℃超出卫生标准，请注意升温”。

c)当温度：＜1℃，向机主发送短信提示“室内温度过低，温度持续达到：X.X℃已接近冰点温度，为防止室内设施安全需要及时升温”。

d)当相对湿度：＞80％RH，向机主发送短信提示“室内湿度过高，湿度持续达到：XX.X％RH，超出卫生标准，请注意除湿”。

e)当相对湿度：＜20％RH，向机主发送短信提示“室内湿度过低，湿度持续达到：XX.X％RH，超出卫生标准，请注意加湿”。

每天早晨机主可以收到平台发送的前一天室内空气质量汇总或24小时各项参数平均值短信。其他综合参数短信提示需要根据不同地区的气象条件另行配置。

通过上述描述，本发明的气体监测警示器装置提供一种物联网应用的气体监测警示装置，该装置提供了一种灵活多变的测量参数和功能选择，以满足更多用户及更多应用环境的不同需求。

Claims (10)

1.一种物联网气体监测警示装置，该物联网气体监测警示装置包含一中央处理器部件，传感器部件，通信部件及电源部件，其中，所述中央处理器部件连接控制下述部件：

一液晶显示部件，该显示部件为三色背光液晶显示器；

一输出部件，为一报警器装置；

一操作部件，为光敏器件或按键结构；

一数据存储部件，为带有USB接口的数据存储记录部件

所述传感器包括：1～5种气体传感器或气体传感器加粉尘传感器，以及温湿度传感器；

所述通讯部件包括：一短距离无线传输/接收模块；一GPRS无线传输/接收模块。

2.如权利要求1所述的物联网气体监测警示装置，其特征是，所述物联网气体监测警示装置通过所述通信部件，将测量值、设置值、控制指令输出至现场控制装置，直接控制通风设备、温湿度设备、气体净化设备等外围设备。

3.如权利要求1所述的物联网气体监测警示装置，其特征是，所述物联网气体监测警示装置以通过所述通信部件与远程监控服务平台无线连接，从而提供手机短信及手机遥控，电子留言板，远程采集数据和发送控制指令等，并可与物业管理系统的服务管理平台连接。

4.如权利要求1所述的物联网气体监测警示装置，其特征是，所述液晶屏显示部件具有留言板显示功能，其通过通信部件接收到用户的移动通讯设备发来的短信，并经由中央处理器部件显示在显示部件上。

5.如权利要求1所述的物联网气体监测警示装置，其特征是，所述液晶显示部件的三色背光显示，用于显示所有测量参数及根据测量值计算出的新风量，根据测量参数的浓度自动变换颜色，起到提示报警作为。绿色显示为正常，黄色显示为临界，红色显示为超警显示。

6.如权利要求1所述的物联网气体监测警示装置，其特征是，所述传感器包括：

一氧化碳传感器(CO)，用于对一氧化碳监测

二氧化碳传感器(CO2)，用于对二氧化碳的监测；

混合气体传感器(TVOC)，用于对可挥发性气体的监测；

臭氧传感器(O3)，用于对臭氧浓度的监测；

可燃气体传感器，用于对可燃气体的监测；

粉尘传感器用于监测粉尘浓度；

数字温湿度传感器用于对温湿度的监测；

以上传感器，除了温湿度传感器，可任意组合选用1种到5种。

7.如权利要求1所述的物联网气体监测警示装置，其特征是，所述物联网气体监测警示装置根据不同气体的性质、及温度和湿度的变化，进行分级监测及警报。

8.如权利要求7所述的物联网气体监测警示装置，其特征是，

当CO浓度升高至9ppm持续60分钟，呈现第一级气体警报；

当CO浓度升高至30ppm持续120分钟，呈现第二级气体警报；

当CO浓度升高至50ppm持续60分钟，呈现第三级气体警报；

当CO浓度升高至100ppm持续10分钟，呈现第四级气体警报；

当CO浓度升高至300ppm持续3分钟，呈现最高级气体警报。

9.如权利要求7所述的物联网气体监测警示装置，其特征是，

当CO2浓度升高至1000ppm并持续24小时，呈现第一级气体警报；

当CO2浓度升高至1400ppm持续4小时，呈现第二级气体警报；

当CO2浓度升高至1800ppm持续1小时，呈现第三级气体警报；

当CO2浓度升高至3000ppm持续15分钟，呈现第四级气体警报；

当CO2浓度升高至5000ppm持续1分钟，呈现最高级气体警报。

10.如权利要求7所述的物联网气体监测警示装置，其特征是，

当混合气体浓度升高至(中)持续120分钟，呈现第一级气体警报；

当TVOC浓度升高至(中+)持续60分钟，呈现第二级气体警报；

当TVOC浓度升高至(高)持续10分钟，呈现第三级气体警报；

当TVOC浓度升高至(高+)持续3分钟，呈现最高级气体警报。

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