LGWL-JJ03型智能家居桌面网板实训台

一、产品介绍
LGWL-JJ03型智能家居桌面网板实训台小巧灵活，充分利用桌面闲置空间；操作方便，可以边看电脑边操作实训台，单人单台，主要满足院校物联网综合应用课程的教学实训。
实训台涵盖嵌入式接口技术、ZigBee自组网技术、WiFi无线通信技术、生物识别技术、网络传输技术、应用软件开发技术的知识点及智能家居行业应用知识。平台采用Cortex-A9异构网关作为家庭控制终端，集成温湿度、光照度、空气质量、指纹识别等无线传感器，燃气、门磁等无线安防探测器，继电器、窗帘电机、调光面板、强电插座等无线控制器，网络摄像头及电表等，实现家居环境监测、安防监控、智能入户、家电控制、远程抄表、视频监控等功能。提供家居设备安装调试、组网传输测试、云平台家居场景搭建、智能家居APP应用软件开发、智能家居Web应用软件开发等完整的实训案例。

二、功能特点
1、架构清晰：B/S架构，本地网关、WEB端均可访问系统。
2、多网通信：传感层采用ZigBee、WiFi进行数据传输；网络层采用MQTT协议实现多终端M2M数据传输，采用HTTP协议Restful接口实现平台接入，及跨平台远程增删改查数据库。
3、功能丰富：包含家居环境实时监测、安防监控告警、智能调光控制、智能插座控制、智能窗帘控制、电量远程抄表、智能入户等，可扩展。

4、知识全面：包含C编程、嵌入式接口技术、RS485总线技术、安装调试技术、315M/433M转发技术、无线组网技术、Android应用开发技术、Web应用开发技术等。
5、云端结合：云端完成智能家居场景搭建，传感器添加、控制器添加、策略设置、场景浏览；终端网关完成传感器协议解析、云端协议组包、协议转换、数据同步策略、以及可视化行业应用展示。

三、硬件模块
主要模块可通过磁力吸合方式固定到实训台，可灵活构建应用系统

硬件模块	性能描述
智能网关	Cortex-A9内核，1GB内存、8GB存储空间、7寸电容液晶触摸屏，具有RS485、CAN总线、RJ45、USB、UART接口等，板载WiFi/BT模块、ZigBee模块，支持Android、Linux双系统，可一键切换。
燃气探测器	检测一氧化碳可燃气体泄漏。检测浓度：100PPM以上自动报警发射频率：433MHz
门磁探测器	发射频率：433MHz; 发射距离：空旷地 ≥120米编码方式：MCU编码，2262/1527可选报警指示：红色LED闪烁报警电流：≤135mA 工作电源：1.5V（单节AA电池）
温湿度传感器节点	湿度测量范围：0~100%RH；温度测量范围：-40~123.8℃ 信号接口：IIC 通信方式：ZigBee 供电电源：DC5V
LED蜂鸣器节点	板载1个红灯、1个蓝灯、1个BEEP蜂鸣器。微控制器I/O输出控制。通信方式：ZigBee 供电电源：DC5V
空气质量传感器节点	检测室内废弃物释放的诸如氨气、或烟雾等空气污染物。污染气体范围：1-30ppm 传感器电阻范围：10~90k欧姆，电压型输出通信方式：WiFi 供电电源：DC5V
光照传感器节点	检测环境光照度。测量范围：0-200000流明信号接口：IIC接口通信方式：WiFi 供电电源：DC5V
指纹识别节点	包含电容指纹模块，具有录入、处理、特征提取、搜索、识别等功能。指纹录入时间：＜0.3秒比对方式：1:1 搜索方式：1：N 存储容量：120枚上位机接口：RS232（TTL电平），通信波特率：默认57600bps 节点通信方式：ZigBee 节点供电电源：DC5V
继电器门锁节点	MCU驱动继电器吸合与断开实现门锁开关；延时时间可通过协议设置；通信方式：ZigBee 供电电压：DC5V
FTLINK智能遥控器	集成433M超外差无线收发模块，zigbee模块，可将433M射频信号学习并转发到ZigBee网络。供电电源：DC5V
窗帘电机控制装置	包含窗帘导轨、窗帘电机、遥控面板，可控制拉开、合上、停止；工作频率：433M；供电电源：AC220V。
无线调光面板	内嵌在实训台体具有开关、调亮、调暗三个操作按钮。可固定码学习、清除码值接收频率：433MHz 供电电源：AC220V
无线强电插座	内嵌在实训台体，五孔。工作电源：AC220V，50/60Hz；接收频率： 433MHz；接收灵敏度： -100dBm；负载电流：单路≤10A；待机电流：220V,40uA(小于0.0088w)；负载路数：一路。
电能表	内嵌在实训台体。区分进线、出线，接线方便，可测量电压、电流、功率。规格：15（60）A 通讯方式：RS485 通信协议：ModbusRTU 供电：AC220/230V
云台网络摄像头	高清像素:720P 连接方式:无线WiFi、网线；旋转角度:上下120º、左右355°；显示方式:支持电脑、平板、手机；压缩方式:H264；音频输入:内置-48bB麦克风；工作电压:DC5V2A；工作温度:-15℃～+58℃。
无线路由器	有线传输率：10/100Mbps；无线传输率：300Mbps；标准：802.11b/802.11a/802.11n；无线网率支持频率：2.4G；
实训台体	内嵌开关电源，提供电源通信板对外提供5V、12V直流电源。内嵌空气开关，保护用户安全。内嵌PDU电源插座，可外接交流供电设备。开放4路USB供电接口，具有金属自锁开关。内嵌LED灯。

四、软件资源
1、课程目标：（1）认识智能家居系统功能。（2）掌握智能家居系统组成及常用设备的安装。（3）掌握智能家居基本布线与功能调试的技能。（4）通过场景模拟体验智能家居项目工作场景。（5）掌握智能家居Android应用开发的流程，会根据参考程序编写自己的应用程序。6.掌握智能家居Web应用开发的流程，会根据参考程序编写自己的Web应用程序。
2、课程简介：本课程基于实际工作情景的理念进行编写，以项目引领、任务驱动、工学结合的方式进行实训，培养专业技能。

章节划分	内容	理论课时	实践课时
智能家居工程应用概述	1.智能家居的项目概述	2	0
	2.智能家居系统的需求分析
	3.智能家居系统的系统设计
智能家居工程装调实操	整体布局说明及供电系统装调	1	1
	RS485电表装调实验	1	1
	无线插座控制器装调实验	1	1
	无线调光控制器装调实验	1	1
	门磁探测器的装调实验	1	1
	燃气探测器装调实验	1	1
	指纹门锁设备装调实验	1	1
	电动窗帘控制器装调实验	1	1
	IPCamera组装调试实验	1	1
智能家居感知层设备组网传输	ZigBee传感器组网传输	1	1
	WiFi传感器组网传输	1	1
	门磁探测器组网传输实验	1	1
	燃气探测器组网传输实验	1	1
	指纹门锁组网传输实验	1	1
	无线插座控制器组网控制实验	1	1
	无线调光控制器组网控制实验	1	1
	电动窗帘控制器组网控制实验	1	1
	RS485电表组网传输实验	1	1
	IPCamera及以太网配置实验	1	1
云平台搭建	云服务平台简介	1	1
	云服务平台智能家居系统场景搭建
	平台API接口说明
智能家居安卓网关应用开发	智能入户（门禁控制）	2	2
	安防监控（门磁、燃气）	2	2
	环境监测（温湿度、光照）	2	2
	智能控制（照明灯、亮度调节、窗帘）	2	2
	远程抄表（电表）	2	2
云平台接口Web应用开发	智能入户	2	2
	环境监测	2	2
	安防监控	2	2
	智能控制	2	2
	远程抄表	2	2
云平台课程部分需配套服务器

五、设备清单

类别	序号	名称	数量	备注
主控		智能网关	1	Cortex-A9内核，WiFi/BT模块、7寸电容液晶触摸屏
主控		ZigBee通信模块	1
感控节点		ZigBee温湿度节点	1
		ZigBee Led蜂鸣器节点	1
		WiFi光照度节点	1
		WiFi空气质量节点	1
		FTLINK智能转发器	1	可学习转发红外、315M、433M
		无线门磁探测器	1	磁吸在台体
		无线燃气探测器	1	磁吸在台体
		ZigBee门锁控制节点	1	5V
		ZigBee指纹识别节点	1	5V
		电动窗帘套件	1	含电机、导轨、遥控器
		电能表	1	RS485总线
		无线强电控制插座	1	内嵌在台体
		无线调光面板	1	内嵌在台体
		Led灯	1
		云台网络摄像头	1	108°广角，720P，红外夜视，远程监控
		无线路由器	1
平台框架		网板钣金控制台	1	分体式设计，网孔板与底座可分离
		DC5V/12V传感器供电采集板	1
		PDU电源插座	1
		开关电源	1
		交直流电源开关与指示灯	1
附件		交叉串口线	1
		交叉网线	1
		miniUSB数据线	1
		TF卡读写器	1
		8G TF card	1
		方口USB数据线	1
		FT-CC253-Debugger调试器	1
		USB转RS232转换器	1
		Jlink仿真器	1
		串口下载调试板	1
		连接线缆	1批
电子资源		系统实验手册及实训代码	1套
		系统使用手册	1
		课程资源	1	含应用开发的PPT和视频
平台		云服务平台的使用	1	仅提供云服务平台的使用权限

六、技术参数

名称

参数要求

智能家居桌面网板实训台

一、整体要求
要求实训台采用钣金结构，数控冲铣网孔板，用于硬件模块的安装固定及线路部署，长宽高尺寸：约60cm*29cm*53cm。
要求主要硬件模块采用磁吸方式固定到实训台，便于灵活搭建。
要求本地控制中心采用Cortex-A9网关，运行Android操作系统智能家居网关管理软件，支持Linux和Android双系统，可一键切换。
要求至少支持四种通信技术，如RS485总线、433M、ZigBee、WiFi。
要求至少包含智能入户、环境监测、安防报警、智能控制、远程抄表五个应用功能。
智能入户：实现录入指纹、识别指纹，指纹开锁、延时关锁功能。
环境监测：实时采集温度、湿度、光照度、空气质量等环境参数，支持本地或远程查看。
安防报警：实时检测燃气泄漏、异常闯入，并触发报警。
智能控制：可控制至少1路无线强电插座的开关，1路调光面板灯光的开关调节，具有本地或远程控制功能。
远程抄表：可实现本地或Web端远程采集电压、电流、电量的功能。
二、系统设备要求
1. 本地控制中心
1）智能网关（1个）
核心板资源：
（1）CPU：Cortex-A9四核心的Samsung s5p4418，主频1.4GHz；
（2）GPU：MAIL-400，3D图形加速
（3）内存: 1GB DDR3；
（4）EMMC: 8GB；
（5）核心板+底板设计：核心板加装屏蔽罩，邮票孔方式与底板连接，抗干扰能力更强，比插针式更稳定可靠。要求引出核心板信号线，不少于188PIN。
底板资源：
（1）LCD接口：7寸IPS电容屏（16:9），分辨率1024×600；
（2）USB接口：2路USB_HOST 2.0输出，1路USB OTG；
（3）Ethernet接口：核心板内置千兆IP，外加不超过3RMB的PHY芯片即可，支持10/100/1000M，RJ45接口；
（4）串口：2路3线RS232，1路TTL接口，1路RS485，1路Bluetooth；
（5）CAN总线接口：1路，端子排接口
（6）RS485总线接口：1路，端子排接口；
（7）HDMI 接口：HDMI1.4a，最大支持1920*1080高清数字输出;
（8）LVDS液晶屏接口：单通道，最大支持1920*1080；
（9）摄像头接口：1路CMOS并行接口，最大支持800万像素；
（10）AV接口：1路模拟视频母口输入；
（11）外部存储扩展接口：SD卡、TF卡接口；
（12）音频接口： 1路MIC输入，1路1. 8w喇叭；
（13）按键：1个复位按键、1个休眠唤醒按键，2个音量键；
（14）蓝牙WiFi：板载蓝牙WiFi模块，WiFi符合IEEE802.11 b/g/n；蓝牙协议标准符合BT4.2；
（15）Mini PCIe接口：移动通信模块接口；
（16）24Pins应用扩展接口：用于处理器外设接口扩展功能，包含3路串口、1路PWM、1路IIC、1路ADC、8个GPIO，5V电源。
2）ZigBee通讯模块（1个）
采用ZStack2007协议栈，协调器类型，组建ZigBee网络，实时接收ZigBee节点采样数据，上报给网关；同时接收网关下发的指令，发送给ZigBee节点。
供电电压：DC3.3V。
2.智能入户系统
系统安装有指纹识别传感器节点、电插锁及继电器控制节点等设备，可实现指纹录入、指纹对比、指纹开门、门锁延时关闭等功能。
1）ZigBee指纹识别节点（1个）
由四线TTL UART接口板、ZigBee通信模块、接口底板三部分组成。
将指纹传感器的匹配、搜索信息通过ZigBee网络与上位机交互。
通信方式：ZigBee
香蕉头插座、独立电源适配器等供电方式。
工作电压：默认DC5V。
2）光学指纹识别传感器（1个）
采用ZigBee指纹识别节点的微处理器实现指纹识别传感器的控制；
通信接口：采用TTL电平的UART接口，通信波特率为：9600×Nbps（N=1~12，默认N=6）；
光学指纹模块内部集成专业指纹识别芯片，采用先进的指纹识别算法，识别率高，可识别真皮；指纹录入时间：<0.3秒；
匹配方式：比对方式（1:1），搜索方式（1:N）；
存储容量：120/350/1000枚；认假率：<0.001%；拒真率：<1.0%；
3）ZigBee门锁控制节点（1个）
节点由继电器控制板、ZigBee通信模块和底板三部分组成；
射频芯片通过驱动继电器的吸合与断开实现门锁的开关；
延时时间可通过软件设置；
延时时间：80ms~20s；
通信方式：ZigBee
供电电压：DC5V
3.环境监测系统
系统采用温湿度、光照度、空气质量等各种传感器对室内居住环境的状态进行实时监测，监测数据通过无线通信网络传输到智能网关，可以实时显示在智能网关app界面上。
1）空气温湿度节点（1个）
请求式测量，自动休眠，超低能耗；
高精度两线制数字接口（SCL、SDA），直接与微控制器相连；
湿度量程：0-100%RH，温度量程：-40~+123.8℃；
通信方式：ZigBee
供电电压：DC 5V；
2）光照度节点（1个）
功能：用于检测室内的光照度。
通讯接口：模拟型，线性电压输出2.2~VCC，接入微控制器AD通道；
特性：内置双敏感元接收器，可见光范围内高度敏感，输出电流随照度呈线性变化。采用WiFi通信，板载0.96寸OLED屏，显示通信状态。
通信类型：WiFi
供电电压：默认DC5V；
3）空气质量传感器（1个）
检测室内废弃物释放的诸如氨气、硫化氢、氢气、一氧化碳等空气污染物。采用WiFi通信，板载0.96寸OLED屏，显示通信状态。通信类型：WiFi；
供电电压：默认DC5V；
4.安防报警系统
采用燃气、门磁探测器实时检测燃气泄漏、门防状态。
系统根据软件设置，自动启动声光报警器报警；同时警情数据通过ZigBee网络传输到智能网关。
1）无线燃气探测器（1个）
感应气体：煤气，一氧化碳等；
报警浓度：自带LED屏显示，0-30ppm正常，超过100ppm即会提醒，超过200ppm即会报警。
报警输出：433MHz
报警音量：≧120dB（1米处）；
工作电压：交流220VAC。
2）无线门磁探测器（1个）
检测门、窗、抽屉等是否被非法打开或移动。
发射频率：433M；
编码方式：2262编码或EV1527编码；
发射距离：≧120米（空旷）；
指示灯：报警时，红色点亮；低电压时，黄色闪烁；
工作电压：1.5V单节AA电池。
3）声光报警器（1个）
包含1个红灯、1个蓝灯、1个BEEP蜂鸣器。当发生燃气泄漏、门磁异常闯入时，启动声光报警。
通信方式：ZigBee
工作电压：DC5V
4.智能控制系统
可实现交流强电类、无线射频类等电器的控制，通过点击网关应用软件、Web页面按钮，控制强电插座开关、控制调节面板连接的LED灯开关及亮灭，转发控制窗帘开关。
1）FTLink智能转发器（1个）
由ZigBee通讯模块、315/433MHz微功耗超外差无线收发模块、红外收发模块、以及控制主板组成。
功能：支持射频信号转发，学习射频编码并存储到智能遥控器中，统一接入ZIGBEE网络，由物联网网关统一管理。
控制主板：采用51单片机，具有射频转发、ZigBee信号收发功能；
射频收发：包含315/433射频硬件，可学习并遥控多种射频设备；
射频频率：433MHz；
ZigBee频率：2.4GHz，Z-Stack2007协议栈；
输入电压：DC 5V；
输入电流：≥1A
2）无线强电控制插座（1个）
由ZigBee通信模块、AC/DC降压模块、继电器、底板组成，封装在标准86型明线盒内，面板具有学习按钮、指示灯和五孔插座；
可以学习单键开关、总开不关、总关不开、清除存储编码；
技术参数：
工作电源：AC180~240V，50/60Hz；
发射频率：433MHz；
遥控距离：室内≤20m,空旷地≤30m；
控制器件：继电器；
接收灵敏度： -100dBm；
负载电流：单路≤10A；
待机电流：220V,40uA(小于0.0088w)；
工作温度：-10℃~80℃；
相对湿度：10%~93%RH；
规格尺寸：86mm×86mm×31mm；
负载路数：一路。
可配置电器：采用220V交流市电供电的电器均可，如台灯等。
3）无线调光面板（1个）
单路单火线，电容触摸感应，免布线；
控制LED灯的开关，调节亮度。
发射频率：433M
负载路数：1路
产品尺寸：86mm×86mm；
4）电动窗帘套件（1套）
含窗帘电机、导轨、遥控器。
支持电动窗帘遥控器的拉、合、停三个功能按键无线编码的学习，实现集中遥控。单侧开。
通信方式：433M遥控
额定电压：AC220V。
5）家电设备（1套）
包含1个LED灯等。
5.远程抄表系统
系统采用电能表实时监测家庭用电状况，通过485总线传输给网关。可以实时显示在智能网关、Web页面上。
1）电能表（1个）
具有R485通讯功能，可读取电压、电流、电量。
通信方式：RS485总线
通信协议：ModbusRTU
电源：AC220V，50hz
6.远程监控
采用云台网络摄像头对家居环境进行实时监控，摄像头通过WIFI接入互联网，支持WEB监控端、移动端远程视频查看，实现远程视频监控功能。
（1）云台网络摄像机（1个）
通信方式：WiFi, DHCP自动获取IP；以太网；
无线标准：IEEE802.11b/g/n Dfaft:
视频压缩：H.264，码率为Main Profile；
音频压缩：AAC，码率自适应；
分辨率：720P/960P/1080P;
网传帧率，自适应调整；
云台角度：水平355°，垂直90°；
支持TF卡（8G-64G）存储；
支持红外夜视，照射距离10m；
三、软件资源
1.ZigBee传感器组网传输应用程序
实现ZigBee网络的建立、节点自动组网、节点休眠与唤醒、节点间数据传输、传感器采样与传输、以及执行器的传输控制等功能。
符合IEEE802.15.4标准规范，频段范围2.045G~2.484G；
支持TI Z-Stack 2007协议栈；
支持多任务处理；
支持星形、树型、网状三种网络拓扑结构；
支持IAR for EW8051集成开发环境；
支持第三方SmartRF Flash烧写工具；
同一个工程编译ZigBee网络所有节点程序，包括协调器、路由器和传感控制终端节点。
2.WiFi传感器无线通信应用程序
支持标准AT指令集，支持WiFi协议，符合IEEE 802.11b/g/n 标准，支持两种工作模式：AP、STA、AP+STA工作模式，支持WPA、WPA2/WPA2-PSK 安全机制。
具有WiFi网络参数配置功能，通过上位机软件配置节点ID、WiFi名称及密码、目标IP、目标端口等。
具有传感器采集传输、执行器传输控制、及基于WiFi的Socket通信的功能。
3. 智能家居网关管理应用软件
网关采用Android操作系统，运行智能家居网关管理软件。
具有感知层节点管理功能，通过串口收发、Socket通信与感知层ZigBee节点、485总线传感器、WiFi节点进行数据交互。列表形式显示名称、地址、传输类型、应用场景，可添加删除。
具有系统设置、云服务平台接入功能，配置MQTT服务器的IP地址、端口号、接口地址、网关ID、连接密钥等，实现接入。
在保证网关正常访问互联网时，可接入云服务平台，也可配置接入局域网云服务平台。
可查询无线传感网网络参数、网关服务器端口号，可设置485总线传感器轮询间隔等。
集成Sqlite嵌入式数据库，保存所有节点属性信息与系统配置信息，云边数据可同步。
网关具有传感器采集控制功能，包含指纹识别信息实时读取，自动控制门锁开关；环境传感器节点无线通信，采样数据显示；探测器触发信息实时接收，自动控制报警器报警；手动控制控制器开关；用电参数实时采集显示等。
采用RestfulAPI接口函数读写云端数据库；
采用MQTT即时通信协议、标准的JSON数据包实现传感器数据在网关、WEB端之间M2M传输。
开发环境：AndroidStudio
通讯协议：MQTT协议、HTTP协议
4.云服务平台
可在广域网中通过PC浏览器登录此云服务平台，也可部署在局域网服务器中，供局域网设备接入。采用B/S软件架构，支持网关、Web端远程访问。
具有用户登录、项目管理（场景应用的增删改查）、设备管理（网关的增删查）、传感器与控制器的增删改查、场景管理、应用管理、在线调试、使用说明在线查看等功能。
能够自由搭建并展示智能家居智能入户、环境监测、安防监控、智能控制、远程抄表等应用场景。
能够显示项目名称、项目类型、创建时间，能够显示网关的ID、Mac地址、设备类型、连接类型、以及密钥KEY；
支持普通ZigBee、315-ZigBee、433-ZigBee、红外-ZigBee、WiFi、蓝牙、LoRa、IPv6、ModbusRTU、CAN等不同协议的感知节点接入，兼容行业中常用的传感器，至少支持模拟量modbus传感器、数字量modbus传感器、CAN总线传感器的接入管理。
能够显示传感器的ID、名称、传输类型、在线状态、实时采样数据、执行器控制状态等。
具有策略设置功能，可设置传感器与执行器的联动触发条件、执行动作，以及联动生效禁止。
具有定时控制功能。
平台后台主要采用Springboot框架、mybatis持久层、rabbitmq消息队列技术并发处理来自传感层、应用层的各种消息，采用Maven构建项目管理，具有Restful API二次开发接口。
前端采用最新的HTML5编程技术，Node.js语言；使用Bootstrap作为前端UI框架，自带全局CSS设置，内嵌JQuery插件，用于创建图像、下拉菜单、导航、警告框、弹出框等；使用HightChars图表库，实现网页上各种动态图表，满足物联网项目多样化的前端显示效果，采用Restful API与后台交互。
开发环境：IDeaUL2018。
四、课程资源
1.包含Web应用技术课程实验资源至少15个，分别为家庭设备信息界面、家庭照明控制界面设计、家庭温湿度采集界面设计、光强调节界面样式实验、温湿度环境监测界面样式设计、空气质量监测界面样式设计、安防监测界面样式设计、温湿度调节设计、空气质量调节设计、安防报警日志设计、门禁远程控制设计、安防报警系统界面设计、温湿度调节界面设计、家居光强调节、家庭用电统计界面等。
2.支持物联网智能家居综合应用课程实训，内容为：
(1)智能家居工程装调实操不少于10个，包含供电系统装调、RS485电表装调、无线插座控制器装调、无线调光控制器装调、门磁探测器装调、燃气探测器装调、指纹门锁装调、电动窗帘控制装调、IPCamera装调。
(2)智能家居感知层组网传输不少于10个，包含ZigBee传感器节点组网传输实验、WiFi传感器组网传输实验、门磁探测器组网传输、燃气探测器组网传输、指纹门锁组网传输、无线插座组网控制、无线调光组网控制、电动窗帘组网控制、电表组网传输、IPCamera网络配置等
(3)云服务平台智能家居场景搭建实训案例1个，包含平台登录、项目新建、网关设备添加、网关软件配置、环境监测数据上传平台、智能入户数据上传平台、安防监测数据上传平台、远程抄表数据上传平台、智能控制器平台远程控制等功能。
(4)智能家居网关应用开发实训案例不少于5个，包含智能入户应用程序开发、环境监测应用程序开发、安防监测应用程序开发、智能控制应用程序开发、远程抄表应用程序开发等。
(5)智能家居Web应用开发综合实训案例1个，至少包含页面设计、MQTT应用开发、Restful接口调用、图表前端展示四个功能模块。

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