CN112004279A - 一种基于lora无线技术的水秀灯光控制系统 - Google Patents

一种基于lora无线技术的水秀灯光控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于LORA无线技术的水秀灯光控制系统,包括:本地通信单元、LORA无线接收端、微控制单元、二功能平均电流恒流驱动器和水秀灯光终端;所述本地通信单元用于人机交互进行信号广播发送编程信号;所述LORA无线接收端实现本地通信单元与微控制单元之间进行无线交互式通信。本发明中基于LORA无线技术进行水秀灯光控制,通过物理地址和编码地址双重身份寻址技术,实现精准寻址到每个地址,不需要在安装现场指定每个灯具安装位置唯一准确,可以让灯具随意安装,安装完成后仅需要对每个灯具的物理地址和编码地址进行登记即可,这样的特性可以让现场人员用最快的效率进行灯具安装,不需要在一个个灯具的位置做调整,大大节省安装工时。

Description

一种基于LORA无线技术的水秀灯光控制系统
技术领域
本发明涉及水秀灯光控制技术领域,尤其涉及一种基于LORA无线技术的水秀灯光控制系统。
背景技术
物联网技术起源于传媒领域,是信息科技产业的第三次革命,物联网是指通过信息传感设备,按约定的协议,将任何物体与网络相连接,物体通过信息传播媒介进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、控制等功能。
水秀灯光传统通过DMX512通讯控制,线路多,布置复杂,控制器对灯具进行编码时需要满足两个基本条件:1、灯具内芯片编址脚串联连接,2、编码连线正向连接,不能逆向编码,需要严格按照信号走向进行编。灯具拥有超过一个发光点时,灯具又没有明显信号走向标注时,可能会引起安装方向不统一,导致后续发光点发光次序混乱,近年来,随着物联技术的不断成熟,水秀灯光的物联技术的发展迫在眉睫,通过无线物联技术实现灯光的远程实时控制的解决方案孕育而生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于LORA无线技术的水秀灯光控制系统,实现基于LORA无线技术进行水秀灯光控制,通过物理地址和编码地址双重身份寻址技术,可以实现精准寻址到每个地址,不需要在安装现场指定每个灯具安装位置唯一准确,可以让灯具随意安装,安装完成后仅需要对每个灯具的物理地址和编码地址进行登记即可。
为了实现上述目的,本发明采用了如下技术方案:一种基于LORA无线技术的水秀灯光控制系统,包括:本地通信单元、LORA无线接收端、微控制单元、二功能平均电流恒流驱动器和水秀灯光终端;
所述本地通信单元用于人机交互进行信号广播发送编程信号,并实现故障反馈;
所述LORA无线接收端实现本地通信单元与微控制单元之间进行无线交互式通信,并实现对接收的数据信号的进行分析,实现中间信号传输检测;;
所述微控制单元对LORA无线接收端接收的本地通信单元发送的编程信号进行数据运算和分析,输出精准控制信号,且微控制单元还用于基于图像分析实现对水秀灯光终端故障进行检测分析,实现最终结果检测;
所述二功能平均电流恒流驱动器根据微控制单元输出的控制信号实现对水秀灯光终端进行控制。
作为上述技术方案的进一步描述:
所述水秀灯光终端包括RGB全彩LED灯板、LED屏幕、水泵、喷头组件和检测单元;
所述RGB全彩LED灯板、LED屏幕、水泵和喷头组件组成水秀灯光喷泉模组,其中喷头组件由喷头和步进电机组成,步进电机用于对喷头的角度进行调节;
所述检测单元包括检测摄像头和信号反馈模块,检测摄像头用于对RGB全彩LED灯板的调光、调变、渐变和各种颜色混光、LED屏幕的图像、水泵和喷头的出水状态进行实时图像视频采集,信号反馈模块用于对控制信号进行采集,并将采集的数据信息反馈至微控制单元。
作为上述技术方案的进一步描述:
所述二功能平均电流恒流驱动器对水秀灯光终端进行控制包括RGB全彩LED灯板控制、水泵控制、喷头组件控制、LED屏幕显示控制和检测摄像头控制;
所述RGB全彩LED灯板控制实现PWM调光,实现跳变/渐变各种颜色混光效果控制;
所述水泵控制用于实现对水泵的开关以及流量控制;
所述喷头组件控制用于实现对喷头角度控制的步进电机进行调节控制;
所述LED屏幕显示控制用于实现对LED屏幕显示内容、切换间隔时间和亮度进行控制;
所述检测摄像头控制用于对检测摄像头拍摄角度、拍摄时间进行控制。
作为上述技术方案的进一步描述:
所述本地通信单元包括无线集中器、显示终端和故障报警终端;
所述无线集中器用于进行数据广播,实现编程信号的发送;
所述显示终端用于实现可视化界面,更容易操控系统的运营;
所述故障报警终端接收微控制单元基于图像分析实现对水秀灯光终端故障进行检测分析结果,在水秀灯光终端出现故障时实现故障报警。
作为上述技术方案的进一步描述:
所述微控制单元包括数据处理模块和控制信号生成模块;
所述数据处理模块用于对LORA无线接收端接收的本地通信单元发送的编程信号进行数据运算和分析,其中对编程信号数据运算分析过程为,编程信号为周期信号,在进行计算分析时采用特征点提取法,取周期信号阈值分析获得信号周期,然后对单一信号周期进行转换数字信号,;
所述控制信号生成模块用于调用数据处理模块分析的结果自动生成对水秀灯光终端的控制信号,其中,控制信号生成模块将数据处理模块获取的单一信号周期的数字信号进行叠加并转换成可以被水秀灯光终端所识别的完整周期控制信号。
作为上述技术方案的进一步描述:
所述微控制单元还包括图像处理模块和特征识别分析模块;
所述图像处理模块用于调取检测摄像头采集的图像视频信息,并对调取的图像视频信息进行处理;
所述特征识分析模块用于对采集的图片视频信息中RGB全彩LED灯板特征、水泵供水特征、喷头喷水特征、LED屏幕显示状况进行识别并与预期状态进行对比分析确定水秀灯光终端是否出故障,并将分析结构反馈至本地通信单元,其中,特征识别分析模块在对检测摄像头采集的图像信息特征提取包括颜色特征提取、纹理特征提起、形状特征提取、空间关系特征提取。
作为上述技术方案的进一步描述:
所述本地通信单元还包括无线控制器;
所述无线控制器实现通过移动终端内设的APP软件进行远程通信控制,从而实现对水秀灯光终端控制程序进行远程导入,且无线控制器实现对移动终端进行分配控制权限。
作为上述技术方案的进一步描述:
所述无线集中器是采用半双工通信,自动收发转换,且无线集中器用于采集器接收数据、指令,或发送数据并通过GPRS无线网络与后台监控软件通讯,所述无线集中器实现本地化无线组网,无需借助互联网进行独立网络组网工作,防止通过互联网的黑客入侵,有效的保护系统的安全性,本地化无线组网只能通过本地授权的形式进行系统更新和数据导入,最大化的保护的信息的安全性。
作为上述技术方案的进一步描述:
所述LORA无线接收端还包括数据分析模块以及数据拓传模块;
所述数据分析模块用于对接收的数据进行分析处理,对分析有后有效的数据进行接收,不会出现错误点亮的情况;
所述数据拓传模块用于对LORA无线接收端接收的数据进行拓传,防止信号丢失。
作为上述技术方案的进一步描述:
所述数据拓传模块还包括数据储存模块,数据导入模块和周期控制模块;
所述数据储存模块用于对数据拓传模块将LORA无线接收端接收的数据拓传后进行储存;
所述数据导入模块与周期控制模块连接,周期控制模块用于根据对水秀灯光终端控制需求,录入周期控制方式实现对数据导入模块进行控制;
所述数据导入模块接收周期控制模块传输的控制命令从数据储存模块中获取对应的控制数据传输至微控制单元,实现自动对水秀灯光终端进行控制。
本发明提供了一种基于LORA无线技术的水秀灯光控制系统。具备以下有益效果:
(1):该基于LORA无线技术的水秀灯光控制系统基于LORA无线技术进行水秀灯光控制,通过物理地址和编码地址双重身份寻址技术,可以实现精准寻址到每个地址,不需要在安装现场指定每个灯具安装位置唯一准确,可以让灯具随意安装,安装完成后仅需要对每个灯具的物理地址和编码地址进行登记即可,这样的特性可以让现场人员用最快的效率进行灯具安装,不需要在一个个灯具的位置做调整,大大节省安装工时,而且在工厂生产的过程中,可以混装发货,不需要一个批次和一个批次做区分,大大节省了工厂对库存及生产的管控成本。
(2):该基于LORA无线技术的水秀灯光控制系统通过在水秀灯光终端设置检测单元,通过检测单元实现对水秀灯光终端状态和控制信号进行实时采集,并将采集的图像反馈至微控制单元进行故障检测,实现自动远程对水秀灯光终端进行故障检测报警,管理更加方便。
(3):通过LORA无线技术进行无线控制,减少信号线使用,节约成本,信号传输为无线,使得控制房与配置房可以分开,使得总面积减小,减少位置摆放的局限性。
附图说明
图1为本发明提出的一种基于LORA无线技术的水秀灯光控制系统的整体示意图;
图2为本发明中本地通信单元的示意图;
图3为本发明中LORA无线接收端的示意图;
图4为本发明中控制单元的示意图;
图5为本发明中二功能平均电流恒流驱动器的示意图;
图6为本发明中水秀灯光终端的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
参照图1-6,一种基于LORA无线技术的水秀灯光控制系统,包括:本地通信单元、LORA无线接收端、微控制单元、二功能平均电流恒流驱动器和水秀灯光终端;
本地通信单元用于人机交互进行信号广播发送编程信号,并实现故障反馈;
LORA无线接收端实现本地通信单元与微控制单元之间进行无线交互式通信,并实现对接收的数据信号的进行分析,实现中间信号传输检测;
微控制单元对LORA无线接收端接收的本地通信单元发送的编程信号进行数据运算和分析,输出精准控制信号,且微控制单元还用于基于图像分析实现对水秀灯光终端故障进行检测分析,实现最终结果检测;
二功能平均电流恒流驱动器根据微控制单元输出的控制信号实现对水秀灯光终端进行控制。
水秀灯光终端包括RGB全彩LED灯板、LED屏幕、水泵、喷头组件和检测单元;
所述RGB全彩LED灯板、LED屏幕、水泵和喷头组件组成水秀灯光喷泉模组,其中喷头组件由喷头和步进电机组成,步进电机用于对喷头的角度进行调节;
检测单元包括检测摄像头和信号反馈模块,检测摄像头用于对RGB全彩LED灯板的调光、调变、渐变和各种颜色混光、LED屏幕的图像、水泵和喷头的出水状态进行实时图像视频采集,信号反馈模块用于对控制信号进行采集,并将采集的数据信息反馈至微控制单元。
二功能平均电流恒流驱动器对水秀灯光终端进行控制包括RGB全彩LED灯板控制、水泵控制、喷头组件控制、LED屏幕显示控制和检测摄像头控制;
RGB全彩LED灯板控制实现PWM调光,实现跳变/渐变各种颜色混光效果控制;
水泵控制用于实现对水泵的开关以及流量控制;
喷头组件控制用于实现对喷头角度控制的步进电机进行调节控制;
LED屏幕显示控制用于实现对LED屏幕显示内容、切换间隔时间和亮度进行控制;
检测摄像头控制用于对检测摄像头拍摄角度、拍摄时间进行控制。
如图5所示,二功能平均电流恒流驱动器适用于6-100V全电压范围的恒流LED驱动芯片,采用了PWM工作模式,可以采用较小值的电感,有效节省整机空间,通过对MODE端口进行控制实现二功能切换。MODE悬空或接地时为高亮模式,MODE接高时为低亮模式,电流低亮为高亮的50%,具有PWM调光功能,当MODE悬空或接地,DIM接PWM信号时,芯片的输出电流随PWM占空比而变化,
工作时:芯片启动,系统上电后通过启动电阻对连接于电源引脚VDD的电容充电,芯片处于欠压保护状态时芯片仅消耗约40uA的电流。当电源电压高于VDD欠压保护电压后,芯片控制电路开始工作,直到VDD端口电压稳定达到VDD的钳位电压。
编程电流:在输出高亮时,输出电流:ILED=VCS_AVG/RCS,其中VCS_AVG=200mV,RCS为CS采样电阻。
电流设置:通过给MODE设置不同的电平,可以让芯片实现不同的功能,当MODE悬空或者接地,芯片进入高亮工作模式;当MODE接VDD时,芯片进入低亮工作模式,低亮工作模式电流为高亮时的50%。
PWM调光:MODE管脚悬空或者接地时,通过给DIM管脚输入PWM信号,可以实现对输出电流进行PWM调光,输出电流随PWM占空比变化而变化。
电感选择:工作在电感电流连续模式,电感电流平均值为VCS_AVG/RCS(高亮),电感电流峰值为1.25*VCS_AVG/RCS,在输入电压VIN及输出电压VLED都已知的条件下,电感值决定了系统的工作频率,电感取值较大时,可得到较优化的效率。当采取无输出电容方案时,应选择稍小的电感值,以减小LED上的电流纹波。
短路保护:当出现LED短路时,系统会降低工作频率从而减小输入电流,此时系统工作在打嗝模式,打嗝周期为600us。
过温保护:当芯片温度高于150℃时,系统会线性降低输出电流,从而减小芯片发热。
本地通信单元包括无线集中器、显示终端和故障报警终端;
无线集中器用于进行数据广播,实现编程信号的发送;
显示终端用于实现可视化界面,更容易操控系统的运营;
故障报警终端接收微控制单元基于图像分析实现对水秀灯光终端故障进行检测分析结果,在水秀灯光终端出现故障时实现故障报警。
微控制单元包括数据处理模块和控制信号生成模块;
数据处理模块用于对LORA无线接收端接收的本地通信单元发送的编程信号进行数据运算和分析,其中,对编程信号数据运算分析过程为,编程信号为周期信号,在进行计算分析时采用特征点提取法,取周期信号阈值分析获得信号周期,然后对单一信号周期进行转换数字信号;
控制信号生成模块用于调用数据处理模块分析的结果自动生成对水秀灯光终端的控制信号,其中,控制信号生成模块将数据处理模块获取的单一信号周期的数字信号进行叠加并转换成可以被水秀灯光终端所识别的完整周期控制信号。
通过LORA无线技术进行水秀灯光控制,实现物理地址和编码地址双重身份寻址技术,可以实现精准寻址到每个地址,不需要在安装现场指定每个灯具安装位置唯一准确,可以让灯具随意安装,安装完成后仅需要对每个灯具的物理地址和编码地址进行登记即可,这样的特性可以让现场人员用最快的效率进行灯具安装,不需要在一个个灯具的位置做调整,大大节省安装工时,而且在工厂生产的过程中,可以混装发货,不需要一个批次和一个批次做区分,大大节省了工厂对库存及生产的管控成本。
微控制单元还包括图像处理模块和特征识别分析模块;
图像处理模块用于调取检测摄像头采集的图像视频信息,并对调取的图像视频信息进行处理;
特征识分析模块用于对采集的图片视频信息中RGB全彩LED灯板特征、水泵供水特征、喷头喷水特征、LED屏幕显示状况进行识别并与预期状态进行对比分析确定水秀灯光终端是否出故障,并将分析结构反馈至本地通信单元,其中,特征识别分析模块在对检测摄像头采集的图像信息特征提取包括颜色特征提取、纹理特征提起、形状特征提取、空间关系特征提取。
通过检测摄像头实现对水秀灯光终端状态进行实时采集,并将采集的图像反馈至微控制单元进行故障检测,实现自动远程对水秀灯光终端进行故障检测报警,管理更加方便。
本地通信单元还包括无线控制器;
无线控制器实现通过移动终端内设的APP软件进行远程通信控制,从而实现对水秀灯光终端控制程序进行远程导入,且无线控制器实现对移动终端进行分配控制权限。
无线集中器是采用半双工通信,自动收发转换,且无线集中器用于采集器接收数据、指令,或发送数据并通过GPRS无线网络与后台监控软件通讯,无线集中器实现本地化无线组网,无需借助互联网进行独立网络组网工作,防止通过互联网的黑客入侵,有效的保护系统的安全性,本地化无线组网只能通过本地授权的形式进行系统更新和数据导入,最大化的保护的信息的安全性。
LORA无线接收端还包括数据分析模块以及数据拓传模块;
数据分析模块用于对接收的数据进行分析处理,对分析有后有效的数据进行接收,不会出现错误点亮的情况;
其中,数据分析模块对接收的数据进行分析处理方式为根据设计对信号完整性与时序信进行分析,在DXP设计环境下,通过PCB编辑器实现信号完整信和时序信分析,以波形的方式在图形界面给出反射和串扰的分析结果。
数据拓传模块用于对LORA无线接收端接收的数据进行拓传,防止信号丢失。
进一步的,目前原控制房包含配置和控制,总面积约为300平方米,通过LORA无线技术进行无线控制,减少信号线使用,节约成本,信号传输为无线,同时使得控制房与配置房可以分开,使得总面积减小,减少位置摆放的局限性。
数据拓传模块还包括数据储存模块,数据导入模块和周期控制模块;
数据储存模块用于对数据拓传模块将LORA无线接收端接收的数据拓传后进行储存;
数据导入模块与周期控制模块连接,周期控制模块用于根据对水秀灯光终端控制需求,录入周期控制方式实现对数据导入模块进行控制;
数据导入模块接收周期控制模块传输的控制命令从数据储存模块中获取对应的控制数据传输至微控制单元,实现自动对水秀灯光终端进行控制
进一步的,通过在LORA无线接收端中数据拓传模块中设置数据储存模块,数据导入模块和周期控制模块,实现对LORA无线接收端接收的数据拓传后进行储存,然后通过周期控制模块自动控制数据导入模块将数据导入微控制单元,实现自动对水秀灯光终端进行控制,当本地通信单元与LORA无线接收端出现故障时进行检修时,还可以保证水秀灯光终端正常运行。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料过着特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于LORA无线技术的水秀灯光控制系统,其特征在于,包括:本地通信单元、LORA无线接收端、微控制单元、二功能平均电流恒流驱动器和水秀灯光终端;
所述本地通信单元用于人机交互进行信号广播发送编程信号,并实现故障反馈;
所述LORA无线接收端实现本地通信单元与微控制单元之间进行无线交互式通信,并实现对接收的数据信号的进行分析,实现中间信号传输检测;
所述微控制单元对LORA无线接收端接收的本地通信单元发送的编程信号进行数据运算和分析,输出精准控制信号,且微控制单元还用于基于图像分析实现对水秀灯光终端故障进行检测分析,实现结果检测;
所述二功能平均电流恒流驱动器根据微控制单元输出的控制信号实现对水秀灯光终端进行控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于LORA无线技术的水秀灯光控制系统,其特征在于,所述水秀灯光终端包括RGB全彩LED灯板、LED屏幕、水泵、喷头组件和检测单元;
所述RGB全彩LED灯板、LED屏幕、水泵和喷头组件组成水秀灯光喷泉模组,其中喷头组件由喷头和步进电机组成,步进电机用于对喷头的角度进行调节;
所述检测单元包括检测摄像头和信号反馈模块,检测摄像头用于对RGB全彩LED灯板的调光、调变、渐变和各种颜色混光、LED屏幕的图像、水泵和喷头的出水状态进行实时图像视频采集,信号反馈模块用于对控制信号进行采集,并将采集的数据信息反馈至微控制单元。
3.根据权利要求1所述的一种基于LORA无线技术的水秀灯光控制系统,其特征在于,所述二功能平均电流恒流驱动器对水秀灯光终端进行控制包括RGB全彩LED灯板控制、水泵控制、喷头组件控制、LED屏幕显示控制和检测摄像头控制;
所述RGB全彩LED灯板控制实现PWM调光,实现跳变/渐变各种颜色混光效果控制;
所述水泵控制用于实现对水泵的开关以及流量控制;
所述喷头组件控制用于实现对喷头角度控制的步进电机进行调节控制;
所述LED屏幕显示控制用于实现对LED屏幕显示内容、切换间隔时间和亮度进行控制;
所述检测摄像头控制用于对检测摄像头拍摄角度、拍摄时间进行控制。
4.根据权利要求1所述的一种基于LORA无线技术的水秀灯光控制系统,其特征在于,所述本地通信单元包括无线集中器、显示终端和故障报警终端;
所述无线集中器用于进行数据广播,实现编程信号的发送;
所述显示终端用于实现可视化界面,更容易操控系统的运营;
所述故障报警终端接收微控制单元基于图像分析实现对水秀灯光终端故障进行检测分析结果,在水秀灯光终端出现故障时实现故障报警。
5.根据权利要求1所述的一种基于LORA无线技术的水秀灯光控制系统,其特征在于,所述微控制单元包括数据处理模块和控制信号生成模块;
所述数据处理模块用于对LORA无线接收端接收的本地通信单元发送的编程信号进行数据运算和分析,其中对编程信号数据运算分析过程为,编程信号为周期信号,在进行计算分析时采用特征点提取法,取周期信号阈值分析获得信号周期,然后对单一信号周期进行转换数字信号;
所述控制信号生成模块用于调用数据处理模块分析的结果自动生成对水秀灯光终端的控制信号,其中,控制信号生成模块将数据处理模块获取的单一信号周期的数字信号进行叠加并转换成可以被水秀灯光终端所识别的完整周期控制信号。
6.根据权利要求1所述的一种基于LORA无线技术的水秀灯光控制系统,其特征在于,所述微控制单元还包括图像处理模块和特征识别分析模块;
所述图像处理模块用于调取检测摄像头采集的图像视频信息,并对调取的图像视频信息进行处理;
所述特征识分析模块用于对采集的图片视频信息中RGB全彩LED灯板特征、水泵供水特征、喷头喷水特征、LED屏幕显示状况进行识别并与预期状态进行对比分析确定水秀灯光终端是否出故障,并将分析结构反馈至本地通信单元,其中,特征识别分析模块在对检测摄像头采集的图像信息特征提取包括颜色特征提取、纹理特征提起、形状特征提取、空间关系特征提取。
7.根据权利要求1所述的一种基于LORA无线技术的水秀灯光控制系统,其特征在于,所述本地通信单元还包括无线控制器;
所述无线控制器实现通过移动终端内设的APP软件进行远程通信控制,从而实现对水秀灯光终端控制程序进行远程导入,且无线控制器实现对移动终端进行分配控制权限。
8.根据权利要求4所述的一种基于LORA无线技术的水秀灯光控制系统,其特征在于,所述无线集中器是采用半双工通信,自动收发转换,且无线集中器用于采集器接收数据、指令,或发送数据并通过GPRS无线网络与后台监控软件通讯。
9.根据权利要求1所述的一种基于LORA无线技术的水秀灯光控制系统,其特征在于,所述LORA无线接收端还包括数据分析模块以及数据拓传模块;
所述数据分析模块用于对接收的数据进行分析处理,对分析有后有效的数据进行接收,不会出现错误点亮的情况;
所述数据拓传模块用于对LORA无线接收端接收的数据进行拓传,防止信号丢失。
10.根据权利要求9所述的一种基于LORA无线技术的水秀灯光控制系统,其特征在于,所述数据拓传模块还包括数据储存模块,数据导入模块和周期控制模块;
所述数据储存模块用于对数据拓传模块将LORA无线接收端接收的数据拓传后进行储存;
所述数据导入模块与周期控制模块连接,周期控制模块用于根据对水秀灯光终端控制需求,录入周期控制方式实现对数据导入模块进行控制;
所述数据导入模块接收周期控制模块传输的控制命令从数据储存模块中获取对应的控制数据传输至微控制单元,实现自动对水秀灯光终端进行控制。
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