CN202948541U - 野外作业安全互助报警装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种野外作业安全互助报警装置，包括主机和腕表，主机包括射频收发器、Zigbee通讯模块、拾音器、音频编码解码器、音频放大器、扬声器、主控制器、显示器、按键、电源控制模块、数据存储器、加速度传感器模块和GPS模块；腕表包括射频收发器、主控制器、加速度传感器模块、红外发射模块、红外脉搏信号接收和放大整形模块、按键和电源控制模块，主控制器与射频收发器、红外脉搏信号接收和放大整形模块、加速度传感器模块、按键和电源控制模块连接。在操作人员突发事故或遭遇危险时能及时给队友和管理人员发出人员状态及位置的实时报警，提高救援效率，预防或减少野外作业人员意外伤亡事故的发生，保障人员的生命安全。
Description
技术领域
本实用新型涉报警装置，尤其涉及电力系统作业用报警装置，具体地说是一种野外作业安全互助报警装置。
背景技术
在电力系统领域，工作人员需要定期对电力线路进行野外巡线和检修，如遇到紧急情况或，只能通过手机或对讲机与外界通话报警。当操作人员发生安全事故如高空坠落等而无法通话时，就不能及时报警，造成严重的后果。
发明内容
本实用新型要解决的是现有技术存在的上述问题，旨在提供一种能够自动报警的野外作业安全互助报警装置，在操作人员突发事故或遭遇危险时及时给队友和管理人员发出人员状态及位置的实时报警，提高救援效率，预防或减少野外作业人员意外伤亡事故的发生，保障人员的生命安全。
为解决上述问题，本实用新型采用以下技术方案：野外作业安全互助报警装置，包括主机和腕表，其特征在于：
所述的主机包括射频收发器、Zigbee通讯模块、拾音器、音频编码解码器、音频放大器、扬声器、主控制器、显示器、按键、电源控制模块、数据存储器、加速度传感器模块和GPS模块；所述的射频收发器和Zigbee通讯模块连接；所述的拾音器接音频编码解码器的输入端；所述的音频放大器接音频编码解码器的输出端，音频放大器的输出端接扬声器；所述的主控制器与所述的Zigbee通讯模块、音频编码解码器、显示器、按键、电源控制模块、数据存储器、加速度传感器模块和GPS模块连接；
所述的腕表包括射频收发器、主控制器、加速度传感器模块、红外发射模块、红外脉搏信号接收和放大整形模块、按键和电源控制模块，所述的主控制器与所述的射频收发器、红外脉搏信号接收和放大整形模块、加速度传感器模块、按键和电源控制模块连接；所述的红外发射模块发射接近于人体动脉和/或静脉血液波长的红外信号，所述的红外脉搏信号接收和放大整形模块检测从人体脉搏上反射的红外信号，放大和整形后传送到主控制器。
本实用新型的野外作业安全互助报警装置，其工作原理如下：
音频信号的发射和接收
主机的拾音器接收操作人员发出的语音信号，传送到音频编码解码器；音频编码解码器将模拟音频信号进行Ａ/Ｄ转换后传送到主控制器；主控制器将数字音频信号处理后经Zigbee通讯模块最后从射频收发器向外界发送。
射频收发器接收外界传送的数字音频信号，经Zigbee通讯模块处理后传送到主控制器；再经主控制器处理后传送到音频编码解码器；音频编码解码器将音频数字进行Ｄ/Ａ转换后传送到音频放大器；音频放大器将音频模拟信号功率放大后传送到扬声器播出。从而实现操作人员与外界的音频通讯。
监测和报警
腕表上的红外发射模块向人体发射红外信号，红外脉搏信号接收和放大整形模块将检测到的人体脉搏反射的红外信号进行处理后传送给主控制器；同时腕表上的加速度传感器模块将加速度信号传送给主控制器；主控制器将接收到的信号进行处理后经射频收发器向主机发送。
主机加速度传感器模块也将加速度信号传送给主控制器，GPS模块将卫星定位信号传送给主控制器，主控制器将接收到的信号经Zigbee通讯模块后从射频收发器向外界发送。
当操作人员不慎跌落时，主机上的主控制器结合腕表上的加速度传感器模块和主机上的加速度传感器模块的加速度信号，作出判断后通过射频收发器向外界发出报警信号。所有组员通过主机可接收到该报警信号。
本实用新型具有以下特点：
（1）可以实现对讲机之间的语音对讲通讯。
（2）可以显示GPS时间，经纬度，高度，温度，方向，速度。
（3）实时记录GPS数据。
（4）实时监测人员的跌落状态，当人员跌多超过2米时进行预警（可手动取消），人员无反应主动报警。（报警后所有组员收到语音提醒，同时可以用菜单按键查看报警经纬度，距离及方向）。
（5）实时监控人员的动作，如果人员无动作3分钟，进行脉搏检测，检测不通过进行预警（可手动取消），人员无反应主动报警。（报警后所有组员收到语音提醒，同时可以用菜单按键查看报警经纬度，距离及方向）。
（6）人员可以按手动报警按键进行主动报警。
本实用新型的野外作业安全互助报警装置，在操作人员突发事故或遭遇危险时能够及时给队友和管理人员发出人员状态及位置的实时报警，提高救援效率，预防或减少野外作业人员意外伤亡事故的发生，保障人员的生命安全。
作为本实用新型的进一步改进，所述的红外发射模块交替发出波长为920纳米和640纳米的红外信号。其中920纳米接近人体的动脉血液的波长，640纳米接近人体的静脉血液的波长。因此经人体反射后的信号更容易被检测到，能够更加真实地反映操作人员的实际情况，避免误判断。
作为本实用新型的再进一步改进，所述的显示器为液晶显示器。液晶显示器采用点阵式结构，可以自定义字符，容易实现，且耗电少，能延长一次充电的使用时间。
作为本实用新型的再进一步改进，所述的主机上还设有USB通讯接口。可以通过USB通讯接口读取数据，进行充电。
作为本实用新型的再进一步改进，所述的主机电源控制模块包括LEO供电模块、主电源稳压模块和电压检测模块。所述的LEO供电模块分别给GPS模块、Zigbee通讯模块、加速度传感器模块和主控制器进行独立供电，可独立开关相应的功能模块。所述的主电源稳压模块可对电源进行稳压处理。所述的电压检测模块采用电阻分压检测电池电压，在电池电压不足时关闭主机，延长主机的使用时间。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。
图1是本实用新型主机的系统框图。
图2是本实用新型腕表的系统框图。
图3是本实用新型主机的电路图。
图4是要实用新型主机的主控制器的电路图。
图5是本实用新型主机的音频编码解码器的电路图。
图6是本实用新型主机的Zigbee通讯模块的电路图。
图7是本实用新型主机的射频收发器的电路图。
图8是本实用新型主机的音频放大器的电路图。
图9是本实用新型主机的电源控制模块的LEO供电模块的电路图。
图10是本实用新型主机的LCD显示器的电路图。
图11是本实用新型主机的USB通讯接口的转换器电路图。
图12是本实用新型主机的USB通讯接口的端口电路图。
图13是本实用新型主机的充电电路图。
图14是本实用新型主机的加速度传感器模块的电路图。
图15是本实用新型主机的数据存储器的电路图。
图16是本实用新型主机的按键电路图。
图17是本实用新型主机的复位电路图。
图18是本实用新型主机的电源控制模块的主电源稳压模块的电路图。
图19是本实用新型主机的电源控制模块的电压检测模块的电路图。
图20是本实用新型腕表的电路图。
图21是本实用新型腕表的主控制器电路图。
图22是本实用新型腕表的电源控制模块电路图。
图23是本实用新型腕表的红外脉搏信号接收和放大整形模块的电路图。
图24是本实用新型腕表的红外发射模块的电路图。
图25是本实用新型腕表的按键和指示灯的电路图。
图26是本实用新型腕表的加速度传感器模块的电路图。
具体实施方式
参照图1本实用新型的野外作业安全互助报警装置，包括主机和腕表，所述的主机包括射频收发器、Zigbee通讯模块、拾音器、音频编码解码器、音频放大器、扬声器、主控制器、显示器、按键、电源控制模块、数据存储器、加速度传感器模块和GPS模块；所述的射频收发器和Zigbee通讯模块连接；所述的拾音器接音频编码解码器的输入端；所述的音频放大器接音频编码解码器的输出端，音频放大器的输出端接扬声器；所述的主控制器与所述的Zigbee通讯模块、音频编码解码器、显示器、按键、电源控制模块、数据存储器、加速度传感器模块和GPS模块连接。
参照图2，所述的腕表包括射频收发器、主控制器、加速度传感器模块、红外发射模块、红外脉搏信号接收和放大整形模块、按键和电源控制模块，所述的主控制器与所述的射频收发器、红外脉搏信号接收和放大整形模块、加速度传感器模块、按键和电源控制模块连接；所述的红外发射模块发射接近于人体动脉和/或静脉血液波长的红外信号，所述的红外脉搏信号接收和放大整形模块检测从人体脉搏上反射的红外信号，放大和整形后传送到主控制器。
参照图3，本实用新型主机的电路，主要包括a）主控制器电路、b）音频编码解码器电路、c）Zigbee通讯模块电路、d）射频收发器电路、e）音频放大器电路、f）电源控制模块的LEO供电模块电路、g）LCD显示器电路、h）USB通讯接口的转换器电路、i）USB通讯接口的端口电路、j）充电电路、k）加速度传感器模块电路、l）数据存储器电路、m）按键电路、n）复位电路、o）电源控制模块的主电源稳压模块电路和p）电源控制模块电压检测模块电路。
参照图4，主控制器电路采用MSP430芯片。MSP430单片机是一个16位的单片机，采用了精简指令集（RISC）结构，具有丰富的寻址方式,简洁的27条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算；还有高效的查表处理指令。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。
MSP430单片机使用25MHz晶体的驱动下，实现40ns的指令周期。16位的数据宽度、40ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能实现乘加运算）相配合，能实现数字信号处理的某些算法。
MSP430单片机具有超低的功耗，是因为其在降低芯片的电源电压和灵活而可控的运行时钟方面都有其独到之处。MSP430的电源电压采用的是1.8-3.6V电压。因而可使其在1MHz的时钟条件下运行时，芯片的电流最低会在165μA左右，RAM保持模式下的最低功耗只有0.1μA。由于系统运行时开启的功能模块不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有着显著的不同。在系统中共有一种活动模式（AM）和五种低功耗模式（LPM0~LPM4）。在实时时钟模式下，可达2.5μA，在RAM保持模式下，最低可达0.1μA。
MSP430还具有较丰富的片内外设。它们分别是看门狗（WDT）、模拟比较器A、定时器A0（Timer_A0）、定时器A1（Timer_A1）、定时器B0（Timer_B0）、UART、SPI、I2C、硬件乘法器、液晶驱动器、10位/12位ADC、16位Σ-ΔADC、DMA、I/O端口、基本定时器（Basic Timer）、实时时钟（RTC）和USB控制器等若干外围模块的不同组合。
参照图5，音频编码解码模块电路，采用CMX618。CMX618是接近长话级的半双工语音编解码芯片，通过一种新的数据速率算法技术——RALCWI技术，对语音进行编解码处理。RALCWI是一种鲁棒的先进的复杂性波形插入技术，与其他语音编解码技术不同，它使用独有的信号分解和参数编码方法，可确保在较高的压缩率下有很好的语音质量。在声码器中，采用RALCWI技术实现的语音质量与编码位速率在4Kb／s以上的标准声码器话音质量基本相符。它的MOS(平均意见得分)处于3．5～3．6之间，而且表现相当优秀。
RALCWI声码器以帧一帧为基础进行传输。在8kHz的采样速率下，对语音信号进行分帧处理，每帧语音包含160个采样点，形成20ms的元语音帧。语音编码器以较高的计时分辨率(8次／帧)进行语音分析，对每一个语音段都会生成一系列的评估参数。然后，使用不同的矢量量化(VQ)方法，这些估算参数被量化生成41b，48b或55b的帧。值得一提的是，这些向量量化值是以多语言语音为基础进行混合编排的，包含了东西方多种语言的语音采样值。
CMX618语音编解码芯片具有体积小，性能高，功耗低等优点。
参照图6，本实用新型的Zigbee通讯模块电路，可采用任何一种常规型号Zigbee芯片，如CC253，CC2420等。Zigbee通讯模块的主要技术参数如下：
频率：2400-2483.5MHz
数据速率：≤1Mbps
链路预算：最大123.5dBm
5dbi天线实测1.5公里无障碍传播距离。
集成的倒F型PCB天线，无需外接天线，模块结构设计简单。
16MHz，单周期指令8051内核，大容量Flash，SRAM，集成可修改配置的ZigBee协议栈。
接口类型丰富：SPI（主从）、Uart、GPIO、128字节FIFO的IIS/PCM接口
16条RF通道，多个GPIO及ADC。
安全性：硬件128位AES加密。
深度睡眠电流：1.0μA~4μA（最大值）。
电压输入：2.1V-3.3V。
支持AssistNow Online及AssistNow Offiine。
参照图7，本实用新型的射频收发器电路，采用nRF2401芯片。nRF2401芯片是单片射频收发芯片，工作于2.4～2.5GHz ISM频段，芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，输出功率和通信频道可通过程序进行配置。芯片能耗非常低，以-5dBm的功率发射时，工作电流只有10.5mA，接收时工作电流只有18mA，多种低功率工作模式，节能设计更方便。其DuoCeiverTM技术使nRF2401可以使用同一天线，同时接收两个不同频道的数据。
参照图8，本实用新型的音频放大器电路。采用LM386芯片。数字功放具有纠错功能，因此处理后的声音失真小、噪音低、动态范围大，在音质的透明度、解析力，背景的宁静、低频的震撼力度方面是传统功放不可比拟的。
参照图9，本实用新型的电源控制模块包括LEO供电模块、主电源稳压模块和电压检测模块。LEO供电模块的电路包括GPS模块供电模块（如图（Ａ）所示）、Zigbee通讯模块的供电模块（如图（Ｂ）所示）、加速度传感器模块的供电模块（如图（Ｃ）所示）和主控制器供电模块（如图（Ｄ）所示）。各供电模块分别对相应功能模块进行独立供电，可独立开关相应的功能模块。
参照图10，本实用新型的LCD显示器电路，采用64*128点阵的液晶屏,主机根据液晶屏的尺寸进行设计。
本实用新型的主机的USB通讯接口包括转换器电路图和端口电路。参照图11，转换器电路采用Silicon Laboratories公司推出的USB接口与RS232接口转换器。该转换器是一款高度集成的USB-UART桥接器，提供一个使用最小化元件和PCB空间来实现RS232转换USB的简便解决方案。其包含了一个USB功能控制器、USB收发器、振荡器和带有全部调制解调器控制信号的异步串行数据总线(UART)，采用5mm×5mm MLP-28的封装。作为USB／RS232双向转换器，一方面可以从丰机接收USB数据并将其转换为RS232信息流格式发送给外设；另一方面可从RS232外设接收数据转换为USB数据格式传送至主机，其中包括控制和握手信号。
参照图12，USB端口电路采用标准USB接口进行通讯和充电。
参照图13，本实用新型的充电电路，采用CN3062芯片。CN3062芯片是可以对单节可充电锂电池进行恒流/恒压充电的充电器电路。该器件内部包括功率晶体管，应用时不需要外部的电流检测电阻和阻流二极管。CN3062只需要极少的外围元器件，并且符合USB总线技术规范，非常适用于便携式应用的领域。热调制电路可以在器件的功耗比较大或者环境温度比较高的时候将芯片温度控制在安全范围内。内部固定的恒压充电电压为4.2V，也可以通过一个外部的电阻调节。充电电流通过一个外部电阻设置。当输入电压（交流适配器或者USB电源）掉电时，CN3062自动进入低功耗的睡眠模式，此时电池的电流消耗小于3微安。其它功能包括输入电压过低锁存，自动再充电，电池温度监控以及充电状态/充电结束状态指示等功能。
参照图14，本实用新型的加速度传感器模块电路，采用MMA7260芯片。MMA7260芯片是一种微型电容式三轴加速度传感器。它采用信号调理、单极低通滤波器和温度补偿技术，提供±1．5g／2g／4g／6g四个量程，可在这4个灵敏度中选择。该器件带有低通滤波并已做0g补偿，提供休眠模式，因而是电池供电的无线数据采集的理想之选。该芯片具有如下特性：
可选灵敏度，±1．5g／2g／4g／6g；
低功耗，工作时电流为500μA，休眠模式下为3μA；
低压运行，工作电压为2．2～3．6V；
高灵敏度，在1．5g量程下为800mV／g；
低通滤波器具有内部信号调理功能；
设计稳定，防震能力强。
参照图15，本实用新型的数据存储器电路。采用AT24Cxx系列的EEPROM，为了提高写效率，提供了页写功能，内部有个一页大小的写缓冲RAM，地址范围当然就是从00到一页大小，读没有页的问题，可以从任意地址开始读取任意大小数据，只是超过整个存储器容量时地址才回卷。该芯片提供了1Mbit存储空间。
参照图16，本实用新型的按键电路。采用6个按键，提供了开关、对讲、菜单、报警和音量加减功能。
参照图17，本实用新型的复位电路，使用MAX809专用复位芯片提高系统稳定性。
参照图18，本实用新型的主机电源控制模块的主电源稳压模块的电路采用RH533AA芯片。
参照图19，本实用新型主机的电源控制模块的电压检测模块的电路，采用电阻分压检测电池电压，在电池电压不足时关闭主机，延长主机的使用时间。同时采用CAT809S复位芯片，防止低电压或干扰信号很强时重启。
参照图20，本实用新型腕表的总电路，主要包括a）主控制器电路、b）电源控制模块电路、c）脉搏检测模块的红外发射模块电路、d）按键电路和e）指示灯电路。
参照图21，本实用新型腕表的主控制器电路，采用MSP430F21X2RHB芯片，能够在保持独一无二的低功率的同时同步连接至模拟信号、传感器和数字组件。具有超低功率架构延长了电池的使用寿命。
参照图22，本实用新型腕表的电源控制模块电路，包括电路（A）和电路（B）。每个电路均采用CAT6217芯片，2.9v150ma的线性稳压芯片，可以分别主动控制红外发射管以及信号处理放大模块的芯片电源，以达到节电的目的。
参照图23，本实用新型腕表的红外脉搏信号接收和放大整形模块电路。采用红外接收管感应人体脉搏上反射的红外信号。采用超低功耗超精密仪表放大器TLV2264作为运放,通过合理的二阶检波电路，对红外接收管感应到的脉搏信号进行滤波，使0到10hz的信号可以通过，也就是最大600次心跳每分钟，同时合理调节脉搏信号的增益，使其达到可以被检测的程度。
参照图24，本实用新型腕表的红外发射模块电路。采用红外脉搏双波段发射LED，产生合适的红外信号作为检测源，交替发出波长为920纳米和640纳米的红外信号，照射人体脉搏。
参照图25，本实用新型腕表的按键和指示灯电路，设计了一个按键开关，以及两个指示灯显示系统状态用于显示开机/关机、缺电报警等状态。
参照图26，本实用新型腕表的加速度传感器模块电路，采用MMA7660芯片。其主要电路结构和工作原理与主机的加速度传感器模块电路相同，但电流较小，可节省电耗，其结果通过射频收发器传送到主机，给主机的主控制器判断提供参数。主机的主控制器结合主机加速度传感器模块的输出信号，综合处理后作出是否需要发送报警信号的判断。
本实用新型的使用方法如下：
主机
（1）佩戴：和普通对讲机一样进行佩戴。
（2）操作方法：本主机简单易于使用，主机上设有一个开关按键、一个对讲按键、一个菜单显示按键、一个手动报警按键和两个音量调节按键。基本功能如下：
a、开关机：按住顶部开关按键2秒以上。
b、通话：按住对讲按键，然后对麦克风说活，其他人员就可以收到通话。在说完话后应及时松开对讲按键。
c、音量调节：可调节扬声器音量。
（3）菜单按键功能：
a、短按菜单按键显示报警对讲机的距离位置以及经纬度，当有多条报警时循环显示。
b、长按菜单按键显示本机的经纬度、高度、温度、方向、速度等内容。
（4）手动报警按键：按一下进行15秒预警，可通过按菜单键取消，如不取消则15秒后触发报警，或者通过迅速按两下手动报警按键即时触发报警。在触发报警后所有成员会收到你的位置信息，同时语音提醒。
（5）充电：
当电量不足时，将充电器到接至主机USB充电通讯端口，或者用螺丝刀拧开后盖，取出电池单独用万能充电器充电（由于对讲机电量较大，充电需要10小时左右）。
应该理解到的是：上述实施例只是对本实用新型的说明，而不是对本实用新型的限制，任何不超出本实用新型实质精神范围内的实用新型创造，均落入本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.野外作业安全互助报警装置，包括主机和腕表，其特征在于：
所述的主机包括射频收发器、Zigbee通讯模块、拾音器、音频编码解码器、音频放大器、扬声器、主控制器、显示器、按键、电源控制模块、数据存储器、加速度传感器模块和GPS模块；所述的射频收发器和Zigbee通讯模块连接；所述的拾音器接音频编码解码器的输入端；所述的音频放大器接音频编码解码器的输出端，音频放大器的输出端接扬声器；所述的主控制器与所述的Zigbee通讯模块、音频编码解码器、显示器、按键、电源控制模块、数据存储器、加速度传感器模块和GPS模块连接；
所述的腕表包括射频收发器、主控制器、加速度传感器模块、红外发射模块、红外脉搏信号接收和放大整形模块、按键和电源控制模块，所述的主控制器与所述的射频收发器、红外脉搏信号接收和放大整形模块、加速度传感器模块、按键和电源控制模块连接；所述的红外发射模块发射接近于人体动脉和/或静脉血液波长的红外信号，所述的红外脉搏信号接收和放大整形模块检测从人体脉搏上反射的红外信号，放大和整形后传送到主控制器。
2.如权利要求1所述的野外作业安全互助报警装置，其特征在于所述的红外发射模块交替发出波长为920纳米和640纳米的红外信号。
3.如权利要求1所述的野外作业安全互助报警装置，其特征在于所述的显示器为液晶显示器。
4.如权利要求1所述的野外作业安全互助报警装置，其特征在于所述的主机上还设有USB通讯接口。
5.如权利要求1所述的野外作业安全互助报警装置，其特征在于所述的主机电源控制模块包括LEO供电模块、主电源稳压模块和电压检测模块。
6.如权利要求1所述的野外作业安全互助报警装置，其特征在于所述的主机的主控制器电路采用MSP430芯片。
7.如权利要求1所述的野外作业安全互助报警装置，其特征在于所述的主机还设有充电电路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201220667599 CN202948541U (zh) | 2012-12-03 | 2012-12-03 | 野外作业安全互助报警装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201220667599 CN202948541U (zh) | 2012-12-03 | 2012-12-03 | 野外作业安全互助报警装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN202948541U true CN202948541U (zh) | 2013-05-22 |
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ID=48424234
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN 201220667599 Expired - Fee Related CN202948541U (zh) | 2012-12-03 | 2012-12-03 | 野外作业安全互助报警装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN202948541U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103065431A (zh) * | 2012-12-03 | 2013-04-24 | 浙江华电器材检测研究所 | 野外作业安全互助报警装置 |
| CN105262498A (zh) * | 2015-11-20 | 2016-01-20 | 国家电网公司 | 一种基于mesh网的现场通讯工具 |
-
2012
- 2012-12-03 CN CN 201220667599 patent/CN202948541U/zh not_active Expired - Fee Related
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