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    重庆时时彩四星奇偶: 具有数据存储功能的分光光度计及其数据存储方法.pdf

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    具有 数据 存储 功能 分光 光度计 及其 方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN99119999.5

    申请日:

    1999.11.11

    公开号:

    CN1296174A

    公开日:

    2001.05.23

    当前法律状态:

    撤回

    有效性:

    无权

    法律详情: 发明专利申请公布后的视为撤回|||实质审查的生效|||实质审查的生效|||公开
    IPC分类号: G01N21/27; G06F9/06 主分类号: G01N21/27; G06F9/06
    申请人: 上海春晓光电科技有限公司;
    发明人: 蒋毅; 黄维实; 窦晓鸣
    地址: 200030上海市广元西路317号4F
    优先权:
    专利代理机构: 上海专利商标事务所 代理人: 周成
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN99119999.5

    授权公告号:

    |||||||||

    法律状态公告日:

    2004.08.11|||2003.02.12|||2003.01.29|||2001.05.23

    法律状态类型:

    发明专利申请公布后的视为撤回|||实质审查的生效|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种具有数据存储功能的分光光度计及其数据存储方法,它在现有的分光光度计加上一个通用计算机用的软盘控制器部分来实现软盘存储通用功能???使分光光度计将采集到的数据直接记录在软盘上,提高了工作效率;同时利用计算机高级语言来开发数据处理功能比利用微处理器低级语言要容易得多、数据传输速度快,降低了软件开发成本,便于任何一台计算机访问,数据通用性好。

    权利要求书

    1: 一种具有数据存储功能的分光光度计,该分光光度计包括光学系统和机 电系统,机电系统含有光电转换部分、信号处理部分、微处理器部分、人机界面、 数据存储部分、信号调制控制部分、光源及光扫描控制部分,光电转换部分将接 收到的光信号转换为电信号送至信号处理部分进行处理,处理后的信号送至微处 理器部分进行数据处理,微处理器部分同时还对调制控制信号部分、光源及光扫 描控制部分进行控制,数据存储部分对经微处理器部分处理后的数据进行存储和 读取,其特征在于:所述的数据存储部分为设置于分光光度计内的一软盘数据存 储装置。
    2: 如权利要求1所述的具有数据存储功能的分光光度计,其特征在于:所 述的软盘数据存储装置进一步包括有软盘控制器部分、软盘接口部分和电源部 分,软盘控制器部分作为分光光度计内的微处理器部分对软盘接口部分中所插入 的软盘进行读写的接口芯片,微处理器部分通过软盘控制器部分对软盘中的数据 进行读写,电源部分则对微处理器、软盘控制器部分、软盘接口部分提供工作电 源。
    3: 如权利要求2所述的具有数据存储功能的分光光度计,其特征在于:所 述的微处理器部分中的CPU采用型号为8751芯片、软盘接口部分采用34针标准 软盘接口, 微处理器部分与软盘控制部分之间, 八位数据总线(Data?Bus)D[0..7]作为CPU和软盘控制器部分的数据交换通 道, 三位地址总线(Address?Bus)A[0..2]是CPU的16位地址线的低3位,用来选 择软盘控制器部分内部的8个控制寄存器; RD为CPU读信号; WR为CPU写信号; CS为软盘控制器部分选择信号; RESET为软盘控制器部分的复位信号。 INTERFACE作为软盘控制器部分和软盘接口部分之间的标准34线软盘接 口。
    4: 如权利要求2所述的具有数据存储功能的分光光度计,其特征在于:所 述的微处理器部分中固化有分光光度计数据存储程序。
    5: 一种具有数据存储功能的分光光度计数据存储方法,其特征在于,该方 法包括如下步骤: 首先对软盘数据存储装置中的软盘控制器部分进行初始化; 然后分光光度计中的微处理器部分通过软盘控制器部分对插入软盘接口部 分中所插入的软盘进行读写。
    6: 如权利要求5所述的具有数据存储功能的分光光度计数据存储方法,其 特征在于,所述的对软盘数据存储装置中的软盘控制器部分进行初始化进一步 包括以下步骤: a).复位软盘控制器部分,以清除由于系统上电所引起的不确定影响; b).查询软盘控制器部分的状态,以确认是否处于正常工作状态; c).设置软盘控制器部分的数据传输率; d).设置软盘控制器部分的工作模式,包括FIFO方式、DMA方式、磁头装 载/卸载时间等; e).磁头复位,使磁头回到零磁道。
    7: 如权利要求5所述的具有数据存储功能的分光光度计数据存储方法,其 特征在于,所述的对软盘进行读写步骤包括: a).寻道过程; b).数据传输过程; c).命令结果检验过程。
    8: 如权利要求7所述的具有数据存储功能的分光光度计数据存储方法,其 特征在于, 所述的寻道过程进一步依次包括: a).发送寻道命令,将软驱磁头移动到准备读写的位置; b).微处理器部分处于查询软盘控制器状态并等待,直到寻道命令正确结 束; 所述的数据传输过程进一步依次包括: a).发送"写"或"读"命令; b).等待到软盘控制器部分处于就绪状态; c).发送1字节数据至软盘控制器(写数据),或从软盘控制器获得1字节数据 (读数据); d).若软盘控制器超过预定的时间没有反映,则作为错误情况处理; e).重复上一步,直到所有数据发送或接受完毕;
    9: 如权利要求7所述的具有数据存储功能的分光光度计数据存储方法,其 特征在于,所述的命令结果检验过程进一步包括读?。⑿矗⒒颍⒍粒⒚畹闹葱薪峁?和判断命令是否成功执行。
    10: 如权利要求9所述的具有数据存储功能的分光光度计数据存储方法,其 特征在于, 所述的检验过程中对是否成功的判断包括: a).检验读写尝试操作是否已连续3次失败; b).若还没有达到3次则再次尝试读写操作; c).若读写操作已连续3次失败,则检验寻道是否连续失败3次; d).若寻道失败次数还没有达到3次则再次尝试寻道过程; e).若寻道已连续失败3次则结束命令,并以操作错误形式报告给微处理器 部分。

    说明书


    具有数据存储功能的分光光度计及其数据存储方法

        本发明涉及分光光度测定,更具体地指一种具有数据存储功能的分光光度计及其数据存储方法。

        分光光度计是一种对物质的光谱进行采集、分析与处理、并根据光谱学知识分析物质组成、测定物质含量或研究物质的其它特性的仪器。众所周知,白光是由各种波长的单色光混合而成。光的颜色不同,其实是由于光的波长不同造成的。通俗地讲,分光就是将混合在一起的各种单色光在空间上分开。通常用来分光的光学器件有棱镜和光栅。由各种波长的光组成的平行复色光透过棱镜后变得不平行了,不同的角度对应于不同的光波长,这种现象称为光的色散。同样,复色光照在光栅上,也会有色散现象发生,这时光栅前面不同的角度对应着不同波长的单色光。这时若让光栅匀速旋转,在相对于光栅原位置不变的某一固定角度上设置一个狭缝,将会有不同波长的单色光依次通过。这样,我们就获得了一个能够连续产生不同波长单色光的机构。

        物质对照射于其上的光有一定地吸收。不同的物质对相同单色光的吸收情况不一样。例如,水分子对波长为870nm的红外光吸收特别强烈。因此我们用前面介绍的单色光产生办法来产生不同波长的单色光并让其照射于待测定的物体上,这样可以获得该物质对不同波长光的反射或透射曲线即光谱。再通过对光谱的分析就可以知道物质的成分、含量及其它信息。

        分光光度计便是一种依据以上物理原理工作的分析测量仪器,并具有十分广泛的应用。现有的分光光度计按功能可分为紫外一可见分光光度计、荧光分光分光光度计、以及同时具备上述两种功能的多功能分光光度计。通常一个分光光度计可分为光学系统和机电系统。所采集到的光谱数据必须经过处理、计算和分析,才能获得所需要的信息。但由于分光光度计内部微处理器运算能力和存储能力有限,而光谱数据的处理又往往比较复杂,因此现有的分光光度计内部微处理器一般仅完成仪器控制、数据采集和一些简单的数据处理,而把大部分的处理工作交给了计算机。现在市售的分光光度计通常采用以下两种数据存储方案。一是通过与计算机的串行通信将数据传输给计算机,借助计算机的存储功能来将光谱数据永久地记录在硬盘或软盘上;另一种方案是利用IC卡来作为存储介质,将实验数据存储于其上。这两种方案均有着一定的不足。

        所谓串行通信,就是需要传送的数据以计算机位(bit)为单位,由一台计算机传送到另一台计算机。在串行通信方案中,分光光度计自己不带数据存储装置,当分光光度计采集到光谱数据需要存储时,分光光度计内部微处理器会和控制计算机进行联系,当联系建立后,便将需要存储的数据经由电缆传送给控制计算机,由计算机将数据存储下来。

        串行通信的最大缺点是数据传输速度慢。例如,以现行标准的串行数据传输速度57600bps来计算,传输相当于一张软盘1.44MB的数据量,需要近200秒的时间,而一张软盘的计算机标准存储时间是30~40秒,两者相差5倍以上。另外由于数据存储必须借助计算机,分光光度计不能单独使用,这就给仪器的轻量化、小型化带来了不便。

        IC卡是80年代末兴起的一种新型存储介质,它是将一块半导体存储器及其控制电路经封装后镶嵌在一张塑料卡片中。对IC卡进行读写需要专门的读写器。当在分光光度计中装上了这种读写器之后,分光光度计便具有了IC卡读写功能,于是可以将光谱数据存储于其上,也能从中读取。

        IC卡存储方案的缺点是容量小。现今IC卡的存储容量一般在64KB左右,容量相对于软盘的1.44MB(1MB=1000KB)要小得多。大容量的IC卡虽已问世,但价格较高,不利于降低仪器成本。IC卡存储方案的另一缺点是通用性差。由于现有计算机一般不带IC卡接口设备,因此IC卡方案仅仅解决了分光光度计内部微处理器存储容量的不足,分光光度计内部微处理器数据处理的负担仍然很重。

        采用大容量、高速度和良好数据通用性的存储设备,是各种类型的分光光度计未来发展的方向之一。

        为此,本发明的目的是针对现有分光光度计普遍存在的数据存储设备容量小,数据传输速度慢的缺点,提出一种具有数据存储功能的分光光度计及其数据存储方法。

        为了实现上述目的,

        本发明的具有数据存储功能的分光光度计包括光学系统和机电系统,机电系统含有光电转换部分、信号处理部分、微处理部分、人机界面、数据存储部分、信号调制控制部分、光源及光扫描控制部分,光电转换部分将接收到的光信号转换为电信号送至信号处理部分进行处理,处理后的信号送至微处理部分进行数据处理,微处理器部分同时还对调制控制信号部分、光源及光扫描控制部分进行控制,数据存储部分对经微处理器处理后的数据进行存储和读取,所不同的是,所述的数据存储部分为一设置于分光光度计内的软盘数据存储装置。

        本发明的数据存储方法包括如下步骤:

        首先对软盘数据存储装置中的软盘控制器部分进行初始化;

        然后分光光度计中的微处理器部分通过软盘控制器部分对插入软盘接口部分中的软盘进行读写。

        本发明中,由于在现有的分光光度计加上一个通用计算机用的软盘控制器部分来实现软盘存储通用功能???,使分光光度计将采集到的数据直接记录在软盘上。因此,分光光度计内部的微处理器能够从繁重的数据处理工作中解脱出来,从事简单的控制、采集和存储工作,提高了工作效率;同时利用计算机高级语言来开发数据处理功能比利用微处理器低级语言要容易得多、数据传输速度快,降低了软件开发成本;其次,光谱数据以计算机标准格式记录于软盘上,便于任何一台计算机访问,数据通用性好。

        下面结合附图和实施例,对本发明作进一步地详细说明:

        图1为现有分光光度计机电系统和光学系统原理方框示意图。

        图2为现有分光光度计的光路示意图。

        图3为本发明软盘数据存储装置的原理方框示意图。

        图4为本发明软盘数据存储装置的电原理示意图。

        图5为本发明数据存储流程示意图。

        请先参阅图1、图2所示,在图1中,一般来说,分光光度计均包括机电系统1和光学系统2,机电系统1含有光电转换部分、信号处理部分、微处理器部分、人机界面、数据存储部分、信号调制控制部分、光源及光扫描控制部分,光电转换部分将接收到的光信号转换为电信号送至信号处理部分进行处理,处理后的信号送至微处理器部分进行数据处理,微处理器部分同时还对调制控制信号部分、光源及光扫描控制部分进行控制,数据存储部分对经微处理器部分处理后的数据进行存储和读取。

        在图2中,光学系统的光源光路部分包括角度可变的反射镜M1、紫外光源WL、可见光源DL、滤光片CW,激发分光光路部分包括狭缝S1、S2、光栅G1、反射镜M2、M3、M4,样品测试光路部分包括参照样品测试光路和测试样品测试光路,在测试样品测试光路中,M5、M6、M9是反射镜,M8是高速旋转光调制镜,C1为测试样品室,W1、W2为光学窗。

        在参照样品测试光路中,M7、M10、M11是反射镜,C2为测试样品室,W3、W4为光学窗。光学系统工作时,紫外或可见光源产生复色光通过M1和CW照射于狭缝上,通过狭缝后再经M2反射于光栅G1上。光栅的衍射光经过M3反射后从狭缝S2出射。出射单色光再经M4、M5反射后由光调制镜分成两束分别通过测试光路和参照光路。若保持光栅G1匀速转动,则产生不同波长的单色光。在某一时刻,只有单一波长的光分别通过测试光路和参照光路。两束光由于M8的高速转动,在不同的时刻到达光电探测器D。

        本发明基于的指导思想是给现有的各种类型的分光光度计提供一种高性能、低成本的存储解决方案。在确保数据通用性的前提下,兼顾存储容量和存储速度,同时尽可能降低系统成本。采用软盘作为存储设备,同时把数据存储设计为一个独立的???,设计时尽可能考虑接口的标准化,便可很方便的应用于后续仪器和其它类似仪器的开发之中。

        请再参阅图3、图4所示,将上述普通的分光光度计中的数据存储部分设计成一设置于分光光度计内的软盘数据存储装置,具体方案包括该装置进一步包括有软盘控制器部分、软盘接口部分和电源部分,软盘控制器部分作为分光光度计内的微处理器部分对软盘接口部分中所插入的软盘进行读写的接口芯片,微处理器部分通过软盘控制器部分对软盘中的数据进行读写,电源部分则对微处理器、软盘控制器部分、软盘接口部分提供工作电源。

        微处理器部分包括微处理器和存储器,仍然是是整个分光光度计的核心,与原有的分光光度计共享,该部分负责整个光学系统和机电系统的控制和调整、光谱数据的采集、处理、存储;以及和计算机的通讯等。

        软盘控制器部分是微处理器部分和软盘接口部分的接口部件,它和微处理器部分的接口是指令方式,和软盘接口部分的接口是模拟电信号方式。即接收来自微处理器部分的指令数据,按一定的时序产生一系列信号去驱动软盘控制部分

        所述的微处理器部分中的CPU采用型号为8751芯片、所述的软盘控制器部分采用PC8477B芯片,软盘接口部分采用34针标准软盘接口,微处理器部分与软盘控制部分之间,

        八位数据总线(Data?Bus)D[0..7]作为CPU和软盘控制器部分的数据交换通道,

        三位地址总线(Address?Bus)A[0..2]是CPU的16位地址线的低3位,用来选择软盘控制器部分内部的8个控制寄存器;

        RD为CPU读信号;

        WR为CPU写信号;

        CS为软盘控制器部分选择信号;

        RESET为软盘控制器部分的复位信号。

        INTERFACE作为软盘控制器部分和软盘接口部分之间的标准34线软盘接口。

        所述的微处理器部分中固化有分光光度计数据存储程序。

        电源部分和其它部分间:

        0V、5V、12V:为其它三个??樘峁┑缭?,分别为地线、+5V电源和+12V电源。其中+12V用于软盘驱动器主轴电机的驱动。

        整个分光光度计数据存储的读写工作过程如下:

        当分光光度计的微处理器部分需要从软盘上读取数据时,需要将软盘控制器部分的数据寄存器的地址A[0..2]送上地址总线,同时保持软盘控制器部分的芯片选择信号CS为低电平。在经过一段时间的信号稳定时间后,向软盘控制器部分发读信号,即保持读信号线RD为低电平。软盘控制器部分在收到RD低电平信号之后,会把有效的数据送上数据总线,同时设置中断信号,表示数据已经准备就绪。微处理器部分将数据读走之后,取消读信号和地址信号,从而完成一个读周期。只要不断地重复读周期的过程,就能不断地从软盘读出数据来。

        当分光光度计的微处理器部分需要将数据写到软盘上时,仍需要先将软盘控制器部分的数据寄存器的地址A[0..2]送上地址总线,同时保持软盘控制器部分的芯片选择信号CS为低电平。经过一段信号稳定时间后,向软盘控制器部分发写信号,即保持读信号线WR为低电平,同时将待写入地数据送上数据总线。软盘控制器部分在收到WR低电平信号之后,会从数据总线上读取数据再传送给软盘控制器部分,由软盘控制器部分将数据记录在软盘上。数据记录完毕后,软盘控制器部分设置中断信号,表示数据已经记录,微处理器部分可以发送下一条命令了。自此完成一个写周期。只要不断地重复写周期的过程,就能不断地将数据写入软盘中。

        由以上说明可以看出,软盘控制器部分实际上是微处理器部分和软盘之间的桥梁。微处理器部分只需要发命令给软盘控制器部分,软盘控制器部分便会去控制软盘完成相应的操作。当整个系统开始工作后,微处理器部分需要先通过相应命令对软盘控制器部分进行初始化。初始化完毕后,软盘控制器部分进人就绪状态。这时微处理器部分可以发送各种各样地软盘控制命令给软盘控制器部分,由软盘控制器部分去控制软盘完成。常见的软盘控制命令除读写命令之外,还包括驱动器检测命令、软盘格式化命令等,也由微处理器按与实际采用的软盘控制器相应的命令流程来完成。

        用现有标准软盘控制器来作为分光光度计内部微处理器控制软盘驱动器的接口芯片,微处理器部分通过软盘控制器部分来控制软盘存储数据。在布线正确,参数合理的基础上,分光光度计能够以类似计算机软盘数据存储的形式将采集到的光谱数据存储在软盘上,同时也能将光谱数据从软盘上读出,显示于分光光度计的屏幕上。

        在本实施例中,微处理器部分CPU采用MCS-51系列的8751,软盘控制器部分采用美国国家半导体公司的PC8477B。由于51系列微处理器不支持DMA,所以磁盘存取模式为非DMA模式下的查询方式。软盘控制器部分和软盘之间通过标准34芯软盘接口来连接。软盘控制器部分的8个命令/状态寄存器可作为存储器单元来访问。整个软盘控制芯片通过片选信号CS来选择。CS信号可由地址译码产生。实验系统中只是将地址线A15简单取反来实现,这样8个命令/状态寄存器地址为:寄存器名地址寄存器名地址SRAA000HSRBA001HDORA002HTDRA003HMSR(DSR)A004HFIFO(数据)A005HReservedA006HDIR/CCRA007H

        在整个电路中,核心是微处理器8751。电容C1、C2和12MHz的石英晶体震荡器构成系统的时钟电路,接至8751的X1、X2端口上。R1、R2、C3和按钮SW1构成复位电路,分别接到8751和8477的复位端口RESET上。8751的P00~P07输出8根地址/数据复用线成为8位数据总线D(0..7)。同时接到74LS373地址锁存器的D0~D7上,经地址锁存后得到地址总线的低8位A(0..7),它和8751的P20~P27一起组成16位地址总线A(0~15)。其中8位数据线D(0..7)、3位地址线A(0..2)接到软盘控制器8477的数据线D0~D7和地址线A0~A2上。读写信号线RD、WR由8751的RD、WR端口输出,接到8477的RD、WR端口上。地址线A15经7404反向器取反后成为8477的片选信号线。电容C4、C5和24MHz的石英晶体震荡器构成软盘控制器的时钟电路,接至8477的XTAL1、XTAL2端口上。然后软盘控制器8477通过标准的34芯软盘接口CON1和软盘驱动器相连:软盘密度选择线DENSEL和CON1的DENSEL相连;数据速率选择线DRATE0和CON1的NC相连;索引孔检测信号INDEX和CON1的INDEX相连;索引孔检测信号INDEX和CON1的INDEX相连;驱动器A马达启动MTR0和CON1的MEA相连;驱动器B马达启动MTR1和CON1的MEB相连;驱动器A选择DR0和CON1的DSA相连;驱动器B选择DR0和CON1的DSB相连;磁头步进方向选择DIR和CON1的DIR相连;磁头步进脉冲STEP和CON1的STEP相连;写数据信号WDATA和CON1的WDT相连;读数据信号RDATA和CON1的RDT相连;写选通信号WGATE和CON1的WE相连;磁头在零磁道信号TRK0和CON1的TRK0相连;写选通信号WGATE和CON1的WE相连;写?;ば藕臰P和CON1的WP相连;磁头选择信号信号HDSEL和CON1的HDSL相连;换盘信号DSKCHG和CON1的DSKCG相连。其中DSKCHG、RDATA、TRK0、INDEX、WP五根信号线由于负载驱动能力有限需要接1K的上拉电阻。

        请再继续参阅图5所示,本发明的数据存储方法包括如下步骤:

        首先对软盘数据存储装置中的软盘控制器部分进行初始化;

        然后分光光度计中的微处理器部分通过软盘控制器部分对插入软盘接口部分中所插入的软盘进行读写。

        所述的对软盘数据存储装置中的软盘控制器部分进行初始化进一步包括以下步骤:

        a).位软盘控制器部分,以清除由于系统上电所引起的不确定影响;

        b).查询软盘控制器部分的状态,以确认是否处于正常工作状态;

        c).设置软盘控制器部分的数据传输率;

        d).设置软盘控制器部分的工作模式,包括FIFO方式、DMA方式、磁头装载/卸载时间等;

        e).磁头复位,使磁头回到零磁道。

        所述的对软盘进行读写步骤包括:

        a).寻道过程;

        b).数据传输过程;

        c).命令结果检验过程。

        具有数据存储功能的分光光度计数据存储方法,其特征在于,

        所述的寻道过程进一步依次包括:

        a).发送寻道命令,将软驱磁头移动到准备读写的位置;

        b).微处理器部分处于查询软盘控制器状态并等待,直到寻道命令正确结束;

        所述的数据传输过程进一步依次包括:

        a).发送"写"或"读"命令;

        b).等待到软盘控制器部分处于就绪状态;

        c).发送1字节数据至软盘控制器(写数据),或从软盘控制器获得1字节数据(读数据);

        d).若软盘控制器超过预定的时间没有反映,则作为错误情况处理;

        e).重复上一步,直到所有数据发送或接受完毕;

        所述的命令结果检验过程进一步包括读?。⑿矗⒒颍⒍粒⒚畹闹葱薪峁团卸厦钍欠癯晒χ葱?。

        所述的检验过程中对是否成功的判断包括:

        a).检验读写尝试操作是否已连续3次失败;

        b).若还没有达到3次则再次尝试读写操作;

        c).若读写操作已连续3次失败,则检验寻道是否连续失败3次;

        d).若寻道失败次数还没有达到3次则再次尝试寻道过程;

        e).若寻道已连续失败3次则结束命令,并以操作错误形式报告给微处理器部分。

        综上所述,本发明相对于现有的分光光度计相比,它具有以下特点:

        1.??槎懒?,通用性好,兼容性好

        本发明的软盘数据存储装置设计了一个独立的功能???,具有??榈亩懒⑿院屯ㄓ眯缘奶氐?。其应用并不限于某种特殊的分光光度计,而是可以方便地、且几乎无改动地应用于任何一种分光光度计上。

        2.结构紧凑,成本较低。

        就整个分光光度计的设计来说,采用这种全新的数据存储装置十分方便。本装置在共享系统处理器和存储器资源的基础上,仅增加了一块软盘控制器芯片和一个软盘驱动器。且布线并不复杂,占用的系统资源也较少。

        3.存取容量大,速度快。

        存取一张标准的1.44MB软盘需要40秒左右。与计算机速度相近。相对于现有数据存储速度,提高5倍以上。

        4.数据通用性好。

        数据以标准的计算机文件格式来存取,方便计算机访问和后续数据处理。

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