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文檔簡介
1、中北大學(xué)2012屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書基于單片機(jī)防盜報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)信息與通信工程學(xué)院學(xué)生姓名: 學(xué)號: 通信工程學(xué) 院: 專 業(yè): 指導(dǎo)教師: 2012年 6 月基于單片機(jī)防盜報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要 在我們的日常生活中,安全隱患他隨時都有可能發(fā)生。安全隱患的發(fā)生,它具有突發(fā)性,難以預(yù)測性,它的發(fā)生有時給我們帶來毀滅性的打擊,甚至造成自身生命和財(cái)產(chǎn)的損失。正因?yàn)榘踩[患具有不可預(yù)測性,才有了安防行業(yè)的出現(xiàn),人們才去采用各種工具和設(shè)備預(yù)防我們身邊安全隱患事件的發(fā)生。因此,為了提高我們的防范措施,對防盜報(bào)警器的研究有著十分重要的意義。本系統(tǒng)為了成本低,安裝方便,抗干擾能力強(qiáng),適合大部分人使用,因
2、而采用了熱釋電紅外傳感器,它的信號經(jīng)過單片機(jī)系統(tǒng)處理后方便和pc機(jī)通信,便于多用戶統(tǒng)一管理。本設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個部分。硬件部分包括單片機(jī)控制電路、紅外探頭電路、驅(qū)動執(zhí)行報(bào)警電路、led控制電路等部分組成。處理器采用51系列單片機(jī)at89c51,整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。關(guān)鍵詞:at89c51單片機(jī)、紅外線傳感器、報(bào)警器。a design based on scm anti-theft alarm system abstractin our daily life, safety hidden danger he may happen at any moment. the pote
3、ntial safety hazard, it has a sudden, unpredictable, it happened sometimes bring us a devastating blow, even cause the loss of life and property. because the potential safety hazard is unpredictable, only the security industry, people just to use various tools and equipment to prevent us security ev
4、ents. therefore, in order to improve our preventive measures, the anti-theft alarm system research is very important.this system for low cost, convenient installation, strong anti-interference ability, suitable for most people to use, so the pyroelectric infrared sensor, the signal after monolithic
5、integrated circuit system processing convenient and pc communication, is convenient for uniform management. the design includes the design of hardware and software in two parts. the hardware part comprises a single-chip control circuit, infrared probe circuit, driving alarm circuit, an led control c
6、ircuit components. processor with 51series single chip at89c51, the system is in the system operates under software control.key word: at89c51 monolithic integrated circuit, infrared sensor, alarm apparatus. 中北大學(xué)2012屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書目 錄1 引言11.1 選題背景及意義11.2 課題介紹11.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.4 文本主要工作22 單片機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)42.1 單片機(jī)的選擇52
7、.1.1 at89c51芯片的介紹52.1.2 結(jié)構(gòu)原理62.1.4 8255的工作方式82.1.5 at89c51與8255接口電路112.2 單片機(jī)與7488譯碼驅(qū)動器及l(fā)ed的連接112.3 外部地址鎖存器122.4 檢測信號放大電路設(shè)計(jì)132.4.1 熱釋紅外線傳感器典型電路132.4.2 紅外光敏二極管警燈電路152.4.3光敏二極管控制電路162.4.4紅外線探測信號放大電路設(shè)計(jì)162.5 顯示器工作原理及其選擇182.5.1 液晶顯示和數(shù)碼顯示192.6 防盜報(bào)警選擇傳感器的選擇193 單片機(jī)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)203.1 主程序設(shè)計(jì)203.2 核對子程序設(shè)計(jì)213.3 中斷子程序設(shè)計(jì)
8、213.4 讀數(shù)子程序設(shè)計(jì)223.5 程序設(shè)計(jì)說明234 總結(jié)25附錄26參 考 文 獻(xiàn)30致 謝31第 i 頁 共 頁1 引言1.1 選題背景及意義 近年來,隨著改革開放的深入發(fā)展,電子技術(shù)的日新月異和人類的不斷研究,人民的生活水平的提高和對私有財(cái)產(chǎn)安防意識的不斷增強(qiáng),家庭安全防盜系統(tǒng)的應(yīng)用日益廣泛。因此,家庭式電子防盜系統(tǒng)為了滿足現(xiàn)代住宅防盜的需要而出現(xiàn)。鑒于目前市面上裝備主要有壓力觸發(fā)式防盜報(bào)警器、開關(guān)電子防盜報(bào)警器和壓力遮光觸發(fā)式防盜報(bào)警器等各種報(bào)警器都存在隱蔽性不好、成本高、誤報(bào)率高等一些缺點(diǎn),提出一種熱釋電紅外傳感器,它能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線,并將其轉(zhuǎn)化為電壓信號。紅
9、外線具有隱蔽性,在露天防護(hù)的地方安裝一個紅外報(bào)警器可以方便的檢測到是否有人出入。此類裝置不僅能有效的判斷是否有人員闖入監(jiān)控區(qū),而且還盡可能大地增加防護(hù)范圍。因此,這種先進(jìn)的紅外線監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)就成為一種必要措施1。隨著科學(xué)的不斷進(jìn)步,各種各樣的智能控制系統(tǒng)越來越多,在眾多控制系統(tǒng)中,單片機(jī)扮演著重要角色。利用各種各樣的單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心,是這些智能控制的核心。本設(shè)計(jì)就是采用at89c51單片機(jī)做的防盜報(bào)警器。當(dāng)單片機(jī)接受到入侵信號后,進(jìn)行判斷和運(yùn)算,得到相應(yīng)的控制量去控制外圍執(zhí)行部件,實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。這種基于單片機(jī)控制的紅外報(bào)警器一旦發(fā)現(xiàn)入侵者可立即發(fā)出報(bào)警,好像在重要區(qū)域的周界處增加了一雙
10、“電子眼”忠誠地守衛(wèi)著要害目標(biāo)。 1.2 課題介紹 紅外技術(shù)已經(jīng)成為先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的重要組成部分,他在各領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用。由于他是不可見光,因此用他做防盜報(bào)警監(jiān)控器,具有良好的隱蔽性,白天黑夜均可使用,而且抗干擾能力強(qiáng)。這種監(jiān)控報(bào)警裝置廣泛應(yīng)用與博物館、單位要害部門和家庭的防護(hù)。通常紅外線發(fā)射電路都是采用脈沖調(diào)制式。紅外接收電路首先將接收到的紅外光轉(zhuǎn)換為電信號,并進(jìn)行放大和解調(diào)出用于無線發(fā)射電路的調(diào)制信號。當(dāng)無人遮擋紅外光時,鎖相環(huán)輸出低電平,報(bào)警處于監(jiān)控狀態(tài);一旦有人闖入便遮擋了紅外光,則鎖相環(huán)失鎖,輸出高電平,驅(qū)動繼電器接通無線發(fā)射電路,監(jiān)控室便可接收到無線報(bào)警信號,并可區(qū)分報(bào)警地點(diǎn)。當(dāng)
11、我們考慮的范圍廣一點(diǎn):若是在小區(qū)每一住戶內(nèi)安裝防盜報(bào)警裝置。當(dāng)住戶家中無人時,可把家庭內(nèi)的防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)置為布防狀態(tài),當(dāng)竊賊闖入時,報(bào)警系統(tǒng)自動發(fā)出警報(bào)并向小區(qū)安保中心報(bào)警。周界報(bào)警系統(tǒng):在小區(qū)的圍墻上設(shè)置主動紅外對射式探測器,防止罪犯由圍墻翻入小區(qū)作案,保證小區(qū)內(nèi)居民的生活安全。 目前各種各樣的智能控制系統(tǒng)越來越多,在眾多控制系統(tǒng)中,單片機(jī)扮演著重要角色。利用各種各樣的單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心,是這些智能控制的核心?,F(xiàn)在已越來越廣泛地應(yīng)用于智能儀表、工業(yè)控制、日常生活等很多領(lǐng)域,可以說單片機(jī)的應(yīng)用已滲透到人類的生活、工作的每一個角落,這說明它和我們每個人的工作、生活密切相關(guān),也說明我們每個人
12、都有可能和有機(jī)會利用單片機(jī)去改造你身邊的儀器、產(chǎn)品、工作與生活環(huán)境。本設(shè)計(jì)就是采用at89c51單片機(jī)做的防盜報(bào)警器。當(dāng)單片機(jī)接受到入侵信號后,進(jìn)行判斷和運(yùn)算,得到相應(yīng)的控制量去控制外圍執(zhí)行部件,實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。這種基于單片機(jī)控制的紅外報(bào)警器一旦發(fā)現(xiàn)入侵者可立即發(fā)出報(bào)警,好像在重要區(qū)域的周界處增加了一雙“電子眼”忠誠地守衛(wèi)著要害目標(biāo)。1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國外的紅外報(bào)警器大多數(shù)都是采用先進(jìn)技術(shù),其功能也非常先進(jìn)。其中包括被動式熱釋電型紅外報(bào)警器,紅外監(jiān)控?zé)o線報(bào)警器,超聲波防盜報(bào)警器,紅外線防盜報(bào)警器,高靈敏紅外報(bào)警器,觸摸式防盜報(bào)警器等等。目前國際上應(yīng)用最多的是主動紅外對射總線制報(bào)警主機(jī)的方式,
13、這種方式具有技術(shù)成熟、可靠性高、易擴(kuò)展、操作簡便、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)。 同比國外的各類防盜報(bào)警器,國內(nèi)的報(bào)警器基本都是以超聲波、紅外發(fā)射接收以及微波等技術(shù)為基礎(chǔ)。從單一封閉式、被動型安全防范模式向多元化、綜合化、電控化以及紅外報(bào)警處理方向發(fā)展。防盜報(bào)警產(chǎn)品的發(fā)展趨勢,產(chǎn)品技術(shù)將在數(shù)字化、無線化、集成化核心前提下力求突破2。而在應(yīng)用市場上,將朝更細(xì)化的方向前進(jìn),成長最快的住宅小區(qū)應(yīng)用為例,有廠商表示,專為住宅小區(qū)設(shè)計(jì)的定向幕簾式和防寵物探測器,成本低、安裝簡單、適合家庭用的無線聯(lián)網(wǎng)報(bào)警系統(tǒng),以及小區(qū)智能化安防和報(bào)警集成系統(tǒng)產(chǎn)品都將是亮點(diǎn)。1.4 文本主要工作1. 在設(shè)計(jì)之前首先對本課題做了廣大的市場
14、調(diào)研工作,進(jìn)行分析、對比、總結(jié),再進(jìn)行方案選擇論證。2.總體方案的確定。設(shè)計(jì)主要采用了以下的硬件和軟件設(shè)備,硬件設(shè)備:單片機(jī)部分和檢查部分、軟件設(shè)計(jì)部分包括主程序設(shè)計(jì)、中斷子程序設(shè)計(jì)。3. 設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的圖片都是利用word軟件、prtel,proteus等軟件, 具體到設(shè)計(jì)時,又分硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì),硬件設(shè)計(jì)分為兩大部分:單片機(jī)部分和檢測部分。軟件設(shè)計(jì)分為主程序設(shè)計(jì)和中斷子程序設(shè)計(jì)。在完成正文部分后,主要工作就是要進(jìn)行調(diào)試。為了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)預(yù)計(jì)現(xiàn)象,軟件和硬件都做必要的修改,在設(shè)計(jì)之前首先對本課題做廣大的市場調(diào)研工作,進(jìn)行分析、對比、總結(jié),再進(jìn)行方案選擇論證。2 單片機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)控制的
15、紅外線報(bào)警系統(tǒng)工作原理單片機(jī)控制的報(bào)警器采用紅外傳感器裝置檢測防區(qū)內(nèi)有人體移動輻射的紅外熱能,專用紅外傳感處理集成電路對接收信號處理,傳遞給單片機(jī)控制器,單片機(jī)進(jìn)行智能控制,啟動高分貝嗽叭現(xiàn)場報(bào)警,并借助與報(bào)警系統(tǒng)相連的電話機(jī)進(jìn)行撥號報(bào)警, 同時啟動照相機(jī)進(jìn)行拍照。此系統(tǒng)特點(diǎn):只要在警戒區(qū)空間探測到非法活動人體,就可以立即啟動系統(tǒng)進(jìn)行自動報(bào)警。 誤報(bào)警,當(dāng)檢測到某點(diǎn)有盜請時該系統(tǒng)應(yīng)延時再進(jìn)行檢測一次,若確有盜情方可報(bào)警,并用數(shù)字指示出被盜地點(diǎn)。該系統(tǒng)的傳感器可選用接觸式、斷開式等開關(guān)量傳感器;系統(tǒng)終端部分選用音響報(bào)警電路及數(shù)碼顯示電路;其中數(shù)碼顯示由譯碼驅(qū)動器譯碼驅(qū)動。本章節(jié)主要介紹單片機(jī)系統(tǒng)
16、的硬件設(shè)計(jì)及其相關(guān)芯片的概述和各部分的接口電路。本設(shè)計(jì)是利用單片機(jī)對防盜報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行控制,系統(tǒng)要求能對4個以上的監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行自動監(jiān)測。是以單片機(jī)為核心構(gòu)成防盜報(bào)警系統(tǒng),以完成用戶鍵盤輸入,數(shù)碼(可漢字液晶)顯示、故障狀態(tài)指示為主,完成報(bào)警檢測,若有報(bào)警事故發(fā)生,可向外界發(fā)出聲報(bào)警信號。系統(tǒng)基本框圖如下所示:圖2.1 系統(tǒng)基本框圖報(bào)警電路顯示電路單片機(jī)檢測電路警語播放鍵盤輸入2.1 單片機(jī)的選擇本設(shè)計(jì)采用低功耗,高性能的89c51單片機(jī),北京集成電路設(shè)計(jì)中心推出的biatu89c51的單片機(jī)。是一種低功耗,高性能的含有4k字節(jié)快檫寫可編程檫除只讀存儲器(eeporm)的8位cmos單片機(jī),時鐘頻率
17、高達(dá)24mhz,與8031的指令系統(tǒng)和引腳完全兼容。芯片上的eeprom允許在線(5v)電檫除,點(diǎn)寫入或采用通用的非易失存儲器對程序存儲器重復(fù)編程。此外,biatu89c51還支持由軟件選擇的二種掉電工作方式。非常適用于電池供電或其他要求低供耗場合。由于芯片內(nèi)的4程序存儲器可在線或用編程器重復(fù)編程,受到了應(yīng)用設(shè)計(jì)者的歡迎,并得到較為廣泛的應(yīng)用。硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2.2所示,主機(jī)選用89c51單片機(jī),地址鎖存器選用74ls373,數(shù)碼顯示部分選用共陰極數(shù)碼管,放大器、揚(yáng)聲器及多點(diǎn)檢測電路選用8255并行i/o口。由于8255每片3個口,每個有8個點(diǎn),故每片8255可監(jiān)測24個房間,若需要,還可以增加
18、8255的數(shù)量。圖2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)硬件總圖2.1.1 at89c51芯片的介紹 at89c51系列單片機(jī)(簡稱89系列單片機(jī))是atmel公司的8位flash單片機(jī)。這個系列單片機(jī)最吸引人的特點(diǎn)就是在片內(nèi)含有flash存儲器,因此它有著十分廣泛的用途,特別是在便攜式和需要特殊信息保存的儀器和系統(tǒng)中顯得更為有用2。89系列單片機(jī)是以8031核構(gòu)成的,所以與8051系列單片機(jī)相互兼容。這個系列對于以8051為基礎(chǔ)的系統(tǒng)來說,進(jìn)行取代和構(gòu)造十分容易。89系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與80c51相近,主要含有以下幾個部件:l 8031cpu;l 振蕩電路;l 總線控制部件;l 中斷控制部件;l 片內(nèi)flash
19、存儲器;l 片內(nèi)ram;l 并行i/o接口;l 定時器;l 串行i/o接口; 圖2.3 at89c51引腳圖2.1.2 結(jié)構(gòu)原理at89c51基本組成框圖如圖2.4所示。下面簡要說明各部分的組成及功能:中斷控制cpu片內(nèi)flash存儲器總線控制片內(nèi)ram4個i/o端口定時器1定時器0etc振蕩器串行端口txd rxdp0 p2 p1 p3計(jì)數(shù)器輸入外部中斷擴(kuò)展中斷 圖2.4 at89c51基本組成框圖1中央處理器 單片機(jī)的中央處理器(cpu)是單片機(jī)的核心,完成運(yùn)算和控制操作。中央處理器主要包括運(yùn)算器和控制器。 運(yùn)算器主要用來實(shí)現(xiàn)算術(shù)、邏輯運(yùn)算和位操作。其中包括算術(shù)和邏輯運(yùn)算單元alu、累加器
20、acc、b寄存器、程序狀態(tài)字psw和兩個暫存器等。 控制器是識別指令并根據(jù)指令性質(zhì)協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)內(nèi)各組成單元進(jìn)行工作的部件??刂破髦饕ǔ绦蛴?jì)數(shù)器pc(program counter)、pc增量器、指令寄存器、指令譯碼器、定時及控制邏輯電路等。其功能是控制指令讀入、譯碼和執(zhí)行,并對指令執(zhí)行過程進(jìn)行定時和邏輯控制。 2存儲器 單片機(jī)內(nèi)部的存儲器分別為程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。 程序存儲器主要用來存儲指令代碼和一些常數(shù)及表格。程序在開發(fā)和調(diào)試成功之后就永久性地駐留在程序存儲器中,在停機(jī)斷電狀態(tài)下代碼也不會丟失程序存儲器在操作運(yùn)行過程中只讀不寫,因而又被稱為只讀存儲器rom(read only memo
21、ry)。 用隨機(jī)存儲器ram(random access memory)來存儲程序運(yùn)行期間的工作變量和數(shù)據(jù),所以又被稱為數(shù)據(jù)存儲器。一定容量的ram集成在單片機(jī)內(nèi),提高了單片機(jī)的運(yùn)行速度,也降低了功耗。標(biāo)準(zhǔn)at89單片機(jī)的程序存儲器采用4kb的快速擦寫存儲器flash memory,編程和擦除完全是電氣實(shí)現(xiàn)。 標(biāo)準(zhǔn)at89單片機(jī)含有128*8位ram,采用單字節(jié)地址。實(shí)際上片內(nèi)的字節(jié)地址空間是256個(00hffh),其中高128字節(jié)地址(80hffh)被特殊功能寄存器sfr占用,用戶只能使用低128字節(jié)單元(00h7fh)來存放可讀/寫的數(shù)據(jù)。3外圍接口電路cpu與外圍設(shè)備的信息的交換都要通
22、過接口電路來進(jìn)行。這主要是解決cpu的高速處理能力和外部設(shè)備低速運(yùn)行之間的速度匹配問題,并可以有效地提高cpu的工作效率;同時也提高了cpu對外的驅(qū)動能力,輸出接口電路具有鎖存器和驅(qū)動器,輸入接口電路具有三態(tài)門控制,成為接口電路的基本特征。4時鐘振蕩電路單片機(jī)芯片內(nèi)部有時鐘電路,但石英晶體和微調(diào)電容都需要外接。at89c51的晶振頻率為高為24mhz。2.1.3 at89c51 定時器/計(jì)數(shù)器相關(guān)的控制寄存器介紹1.定時器/計(jì)數(shù)器的控制寄存器tcon2.工作方式控制寄存器tmod tmod用于設(shè)定定時器/計(jì)數(shù)器的工作方式,不可位尋址,只能用字節(jié)傳送指令,字節(jié)地址為89h,其各位定義如下:定時/
23、計(jì)數(shù)器1 定時/計(jì)數(shù)器0位序d7d6d5d4d3d2d1d0位符號gatec/tm1m0gatec/tm1m0c/t 計(jì)數(shù)方式/定時方式選擇位。c/t=0,選擇定c/t 計(jì)數(shù)方式/定時方式選擇位。c/t=0,選擇定時工作方式;c/t=1,選擇計(jì)數(shù)工作方式。m1和m0 工作方式選擇位。m1m0=00,選擇工作方式0;m1m0=01,選擇工作方式1;m1m0=10,選擇工作方式2;m1m0=11,選擇工作方式3。1.中斷允許寄存器ie2.中斷優(yōu)先級寄存器ip2.1.4 8255的工作方式8255有3種工作方式,即方式0、方式1、方式2,如圖2.5所示。1.方式0(基本輸入/輸入方式)。這種方式不需
24、要任何選通信號。兩個8位端口(口a和口b)和兩個4位端口(口c)。a口、b口及c口的高4位和低4位都可以設(shè)定為輸入或輸出。作為輸出口時,輸出的數(shù)據(jù)都被鎖存;作為輸入口時,輸入數(shù)據(jù)不鎖存。在方式0時,各個端口的輸入、輸出可有16種不同的組合。2.方式1(選通輸入/輸出方式)。在這種方式下,a、b、c三個口分為兩組:a組包括a口和c口的高4位,a口可由編程設(shè)定為輸入口或輸出口,若懸河c口的高4位用來作為輸入/輸出操作的控制和同步信號;b組包括b口和c口的低4位,b口同樣由編程設(shè)定輸入或輸出口,c口的低4位用來作為輸入/輸出操作的控制和同步信號;任何一個端口都有可做為輸入或輸出;若只有一個端口工作于
25、方式1,余下的13位,可以工作在方式0下;a口和b口的輸入數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)都被鎖存。a.引腳 b. 內(nèi)部功能結(jié)構(gòu) 圖2.5 8255a引腳和結(jié)構(gòu)圖表2.3 8255a端口選擇及功能a0 a1 操 作0 00 11 00 00 11 01 1x x1 1x x0 1 00 1 00 1 01 0 01 0 01 0 01 0 0x x 10 1 01 1 0a口 數(shù)據(jù)總線b口 數(shù)據(jù)總線c口 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 a口數(shù)據(jù)總線 b口數(shù)據(jù)總線 c口數(shù)據(jù)總線控制寄存器數(shù)據(jù)總線為三態(tài)非法狀態(tài)數(shù)據(jù)總線為三態(tài)3.方式2(雙向總線方式)。在這種方式下,a口為8位雙向總線,c口的用來作為輸入/輸出的同步控制信號。在這種
26、情況下,b口和c口的只能編程方式為0或方式1工作。 圖2.6 8255的三種工作方式a 方式0 b 方式1 c 方式22.1.5 at89c51與8255接口電路 在89c51單片機(jī)上擴(kuò)展一片8255a芯片,無需外加任何邏輯電路,其接口如圖2.7所示。圖中8255a的pa口地址為7ch,pb口地址為7dh,pc口地址為7eh,控制字寄存器地址為7eh。這里8951單片機(jī)對8255采用了線性選址法。圖2.7 89c51與8255a的接口電路圖2.2 單片機(jī)與7488譯碼驅(qū)動器及l(fā)ed的連接 現(xiàn)直接用7448譯碼驅(qū)動led顯示數(shù)字,直觀明了,在軟件方面也有優(yōu)點(diǎn)。7448的輸入接單片機(jī)一般口,電阻起
27、限壓作用。單片機(jī)與7448譯碼驅(qū)動器及l(fā)ed的接口電路如下所示。圖2.8 單片機(jī)與7448譯碼驅(qū)動器及l(fā)ed的連接圖2.3 外部地址鎖存器單片機(jī)中的16位地址,分為高8位(a15a8)和低8位(a70)。高8位由p2口輸出,低8位由p0輸出。而p0口同時又是數(shù)據(jù)輸入/輸出接口,故在傳送時采用分時方式,先輸出低8位地址,然后再傳送數(shù)據(jù)。但是,在對外部存儲器進(jìn)行讀/寫操作時,地址必須保持不變,這就需要適當(dāng)?shù)募拇嫫鞔娣诺?位地址,這個外接的寄存器就稱為地址鎖存器。在進(jìn)行外部存儲器擴(kuò)展時,凡具有輸入/輸出控制的8位寄存器均可作為地址鎖存器8。目前常用的地址鎖存器芯片有:74ls273、74ls373、
28、8282等,引腳圖分別如2.9所示。引腳說明:l stb:數(shù)據(jù)輸入鎖存選通信號,高電平有效.當(dāng)該信號為高電平時,外部數(shù)據(jù)選通到內(nèi)部鎖存器,負(fù)跳變時,數(shù)據(jù)鎖存。l /oe:數(shù)據(jù)輸出允許信號,低電平有效。當(dāng)該信號為低電平時,鎖存器中數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)輸出線。當(dāng)該信號為高電平時,輸出線為高阻態(tài)。l :8位數(shù)據(jù)輸入線。l :8位數(shù)據(jù)輸出線。(a)74ls273 (b) 74ls373 (c)8282 圖2.9 地址鎖存器引腳圖89c51單片機(jī)p0口與地址鎖存器的連接方法如圖2.10所示。圖2.10中的b圖為 74ls373的引腳圖,/oe為使能控制端,g為鎖存控制信號。74ls373有三種工作狀態(tài): (1
29、)當(dāng)/oe為低電平,g為高電平時,輸出狀態(tài)和輸入狀態(tài)相同,即輸出跟隨輸入。(2)當(dāng)/oe為低電平,g由高電平變?yōu)榈碗娖綍r,輸入端數(shù)據(jù)鎖入內(nèi)部寄存器中,內(nèi)部寄存器中的內(nèi)容與輸出端相同。當(dāng)g保持低電平時,即輸入端數(shù)據(jù)變化也不會影響輸出端狀態(tài),從而實(shí)現(xiàn)了鎖存功能。(3)當(dāng)/oe為高電平時,鎖存器緩沖三態(tài)門封閉,即三態(tài)門輸出為高組態(tài),輸入端和輸出端隔離,則不能輸出。(a)使用74ls273 (b)使用74ls373 (c)使用8282圖2.10 89c51單片機(jī)p0口與地址鎖存器的連接方法2.4 檢測信號放大電路設(shè)計(jì)紅外技術(shù)已經(jīng)成為先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的重要組成部分,他在各領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用。由于他是不可見
30、光,因此用他做防盜報(bào)警監(jiān)控器,具有良好的隱蔽性,白天黑夜均可使用,而且抗干擾能力強(qiáng)。而本設(shè)計(jì)輸入部分主要是各種各樣的傳感器,不同類型的探測器用不同的手段探測各種入侵行為;若更換其他的傳感器,該系統(tǒng)還可以用于火災(zāi)報(bào)警、煤氣泄漏等報(bào)警。本章節(jié)主要介紹幾種不同的利用紅外線檢測報(bào)警的電路,并由此得出檢測信號放大電路。2.4.1 熱釋紅外線傳感器典型電路熱釋紅外線傳感器由于具有獨(dú)特的優(yōu)異功能,被廣泛應(yīng)用在國防和民用領(lǐng)域,作遙控、遙測、防盜、警戒、放火及自動化設(shè)施,其原理及典型應(yīng)用電路如圖2.11所示。熱釋紅外線傳感器主要由高熱系數(shù)的鋯鈦酸鉛系陶瓷以及鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等配合濾光鏡片窗口組成,它能以非接觸
31、形式,檢測出物體放射出來的紅外能量變化,并將其轉(zhuǎn)換成電信號輸出12。金屬、塑料封裝熱釋紅外傳感器,內(nèi)裝有變換阻抗用的場效應(yīng)晶體管,輸出阻抗一般為,頂端或側(cè)面裝有濾光鏡片,用來選擇接收不同波長的熱釋紅外線。人體輻射的紅外線中心波長為,而這種探測元件的波長靈敏度特性在,范圍幾乎是穩(wěn)定不變的.在硅片表面上截止波長,的濾光片,使波長超過的紅外線通過,而小于的紅外線被吸收,于是就得到只對人體敏感的熱釋紅外線。如果用菲涅耳透鏡配合放大電路,將檢測出來的紅外信號放大6070db,則可檢測出1020m處人的行動,。熱釋紅外線傳感器的文字符號為at。 圖2.13為熱釋紅外線傳感器典型應(yīng)用電路。at為雙元件熱釋紅
32、外線傳感器,內(nèi)部電路見圖2.11,其接收波長為,適用于防盜報(bào)警系統(tǒng),輸出阻抗為10k;at為單元件熱釋紅外線傳感器,接收波長為,適用于溫度遙測,但同樣亦可用于防盜及自動控制系統(tǒng),其內(nèi)部電路如圖2.12所示。 在這例電路中,當(dāng)at接收到人體信號時,輸出一個微弱的低頻信號,其頻率約為。經(jīng)晶體管vt1和運(yùn)算放大器a1組成的兩級放大器將信號放大至。由等組成的電壓比較器,設(shè)定一參考電壓。在無目標(biāo)進(jìn)入時,末級無輸出;一旦有目標(biāo)進(jìn)入探測范圍,at則有信號輸出,經(jīng)放大后,電壓高于比較器設(shè)定電壓時,輸出高電位,導(dǎo)通,繼電器k吸合,其觸點(diǎn)接通報(bào)警電路或控制電路,實(shí)現(xiàn)熱釋紅外線探測之目的。 2.11雙元件熱釋紅外線
33、傳感器 2.12 單元件熱釋紅外線傳感器2.13熱釋紅外線傳感器典型電路2.4.2 紅外光敏二極管警燈電路圖2.14中,vdp是紅外光敏二極管,在電路中反向連接。當(dāng)把它置于紅外光照強(qiáng)度很弱的環(huán)境中時,vdp內(nèi)部僅有極少的載流子流過,表現(xiàn)為高阻值;當(dāng)它接收到一定強(qiáng)度的紅外光時,其內(nèi)部的pn結(jié)載流子受紅外光激發(fā)而增多,vdp反向電流增大,表現(xiàn)為低阻值。 圖2.14 紅外光敏二極管電路圖2.14主要由運(yùn)算放大器和四與非門()等組成。在vdp無光照時,調(diào)節(jié)rp使的腳為1.5v左右,的腳輸出高電平。在這里,與構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路,第11腳輸出高電平,的第10腳輸出抵電平,發(fā)光二極管vl不亮.我們將本裝置安
34、裝在走廊的一側(cè),其對面安裝一只白熾燈(燈光中含有紅外光),vl不亮。當(dāng)有不速之客闖入光源與光敏二極管之間的警戒域時,vdp接收的光強(qiáng)瞬時減小,等效電阻值增大,在m點(diǎn)產(chǎn)生一個脈沖信號,經(jīng)耦合到的輸入端,ic1的第6腳變?yōu)楦唠娖?,的?0腳輸出高電平,vl發(fā)亮,向主人報(bào)警。2.4.3光敏二極管控制電路 光敏二極管是常用的光敏元件之一,它與普通的半導(dǎo)體二極管相比,相似之處是管心都是一個pn結(jié),具有單向?qū)щ娦阅?;不同之處是從外形上看時,光敏二極管管殼上有一個能射入光線的“窗口”。當(dāng)光線透過“窗口”照射到光敏二極管管心上時,pn結(jié)反向漏電流增大,此時的漏電流稱為光電流;而無光照時,pn結(jié)反向漏電流很小,
35、此時的漏電流稱為暗電流。我們就是利用光敏二極管的這一特點(diǎn),演變出許許多多的經(jīng)典光敏二極管控制電路。光敏二極管的典型應(yīng)用電路如圖2.15所示。從圖中可以看出,光敏二極管工作時必須加上反向電壓。在這里,rl為光敏二極管的負(fù)載電阻,uo為輸出電壓。圖2.15 光敏二極管的典型應(yīng)用電路從以上兩個例子及資料中我們可以比較設(shè)計(jì)出以下紅外線探測信號放大電路。2.4.4紅外線探測信號放大電路設(shè)計(jì)紅外線探測信號放大電路設(shè)計(jì)中紅外線探測器能探測人體發(fā)出的紅外線,當(dāng)人進(jìn)入報(bào)警器的監(jiān)視區(qū)域內(nèi),即可發(fā)出報(bào)警聲,適用于家庭、辦公室、倉庫、實(shí)驗(yàn)室等比較重要場合防盜報(bào)警。 該設(shè)計(jì)電路原理見圖2.16,由紅外線傳感器、晶體三極
36、管、運(yùn)算放大器、電壓比較器、v/i轉(zhuǎn)換器等組成。圖2.16 微弱信號放大電路(1) 檢測部分:傳感器采用帶菲涅耳透鏡的熱釋電紅外線傳感器。u2-熱釋電紅外線傳感器u3-低功耗雙運(yùn)算放大電路lm358u4-電壓比較器lm393u5-低漂移高增益運(yùn)算放大器op27u6-v/i轉(zhuǎn)換器芯片ina105紅外線探測傳感器ic1探測到前方人體輻射出的紅外線信號時,由u2的腳輸出微弱的電信號,經(jīng)三極管vt1等組成第一級放大電路放大,再通過c2輸入到運(yùn)算放大器u3中進(jìn)行高增益、低噪聲放大,此時由u3的7腳輸出的信號已足夠強(qiáng)。u3作電壓比較器,它的第腳由r9、vd2提供基準(zhǔn)電壓,當(dāng)u3的1腳輸出的信號電壓到達(dá)u3
37、的5腳時,兩個輸入端的電壓進(jìn)行比較,此時u4的1腳由原來的高電平變?yōu)榈碗娖?。此時lm393的1腳輸出的是一個方波信號,然后將之輸入到一個v/i轉(zhuǎn)換器ina105,它的輸出將是一個420ma的電流信號,以便于遠(yuǎn)距離傳輸。u2采用進(jìn)口器件q74,波長為。u3采用運(yùn)放lm358,具有高增益、低功耗。u4為雙電壓比較器lm393,低功耗、低失調(diào)電壓。其中c2、c5一定要用漏電極小的鉭電容,否則調(diào)試會受到影響。rp1是調(diào)整靈敏度的關(guān)鍵元件,應(yīng)選用線性高精度密封型制作時,在u2傳感器的端面前安裝菲涅爾透鏡,因?yàn)槿梭w的活動頻率范圍為需要用菲涅爾透鏡對人體活動頻率倍增。(2)單片機(jī)系統(tǒng)部分檢測信號入單片機(jī)接口
38、圖如圖2.17所示。紅外線探測放大電路與單片機(jī)的具體連接見附錄總圖。 8255的每一個輸入輸出口都將接一個檢測來的信號信號,也就是每一路輸入都有一個檢測電路,它傳過來的是一個的電流信號,接一個250歐姆的電阻使其轉(zhuǎn)換成的電壓信號,此電路中只可能為1v和5v兩種情況,再通過一個電壓比較器lm393,當(dāng)lm393(u7)的2腳為5v時,輸出為高電平,光電耦合器導(dǎo)通,8255的輸入口將為低電平(其余時刻為高電平),表示檢測到有人。 圖2.17 檢測信號與單片機(jī)接口圖2.5 顯示器工作原理及其選擇點(diǎn)亮顯示器有靜態(tài)和動態(tài)兩種方法。所謂靜態(tài)顯示就是當(dāng)顯示器顯示某一個字符時,相應(yīng)的發(fā)光二級管恒定地導(dǎo)通或截止
39、,例如7段顯示器a,b,c,d,e,f導(dǎo)通,g截止,顯示0。這種顯示方式每一位都需要有一個8位輸出口控制,靜態(tài)顯示時,較小的電流可以得到較高的亮度且字符不閃爍,所以可以采用8255a的輸出口直接驅(qū)動。在單片機(jī)串行口方式0應(yīng)用中,也是采用靜態(tài)顯示方法。當(dāng)顯示器位數(shù)較少時采用靜態(tài)顯示的方法是適合的。當(dāng)位數(shù)較多是,用靜態(tài)顯示所需i/o口太多,一般采用動態(tài)顯示方法。所謂動態(tài)顯示就是一位一位地輪流點(diǎn)亮顯示器各個位(掃描),對于顯示器的每一位來說,每隔一段時間點(diǎn)亮一次。利用人的視覺暫留功能可以看到整個顯示,但必須保證掃描速度足夠快,字符才不閃爍。顯示的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān),也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時間有關(guān)。調(diào)整
40、電流和時間參數(shù),可實(shí)現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示。若顯示的位數(shù)不大于8位,則控制顯示器公共位只需要一個i/o口(稱為掃描口),控制顯示器的各位所顯示的字型也需一個8位口(稱為段數(shù)據(jù)口),為了防止閃爍,顯示的時間在12ms。2.5.1 液晶顯示和數(shù)碼顯示led是一種離子注入型全固體半導(dǎo)體發(fā)光器件,它的電壓低,正好與ttl電路匹配,發(fā)光效率高,壽命最長,是目前儀表數(shù)字顯示的主體。lcd是低電壓驅(qū)動,極微小功耗,與cmos功耗電路可直接匹配,是lsi的孿生兄弟,此外其極薄的扁平結(jié)構(gòu)立刻眼在極亮的環(huán)境光下使用,以及信息容量大,生產(chǎn)容易等等,都充分顯示了它的優(yōu)越性能。但是液晶顯示一個最大的缺點(diǎn),是工作溫度范圍
41、較窄,特別是低濕范圍不夠,液晶顯示器不宜施加直流電壓,一般來說,使用液晶顯示信息,需要液晶材料或器件,相應(yīng)的驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三者統(tǒng)一。在本設(shè)計(jì)中只需要使用幾個數(shù)字來表示被盜地點(diǎn),用液晶顯示就顯得浪費(fèi)了,而數(shù)碼顯示就簡單便宜了。2.6 防盜報(bào)警選擇傳感器的選擇目前,用于防盜報(bào)警的傳感器,市場上大多為紅外線或微波類產(chǎn)品,分為主動式和被動式二種。由于誤報(bào)等原因本設(shè)計(jì)采用被動式探頭。它的工作原理比較簡單:發(fā)射器按一定的頻率發(fā)射出脈沖式的紅外波束和微波,對方的接收器則按相同的頻率接收紅外波束或微波。當(dāng)一發(fā)一收的頻率經(jīng)中心控制器判別一致時,表明波束行進(jìn)的方向沒有物體存在。反之,光束行進(jìn)路徑上有異物遮擋,
42、光束被反射、散射,接收器接受的信號就會丟失,從而發(fā)出報(bào)警信號。 而本設(shè)計(jì)輸入部分主要是各種各樣的傳感器。不同類型的探測器用不同的手段探測各種入侵行為,如人體的移動、物體的震動、玻璃的破碎和門窗的開關(guān)等,系統(tǒng)將所得的信號進(jìn)行邏輯判斷,發(fā)出警報(bào)。常用的傳感器有對射紅外探測器、磁控管(門磁)、震動開關(guān)、被動紅外探測器(pir)、雙鑒探測器、煙感、溫感探測頭等。這些傳感器不僅可以對室內(nèi)的門、窗、保險(xiǎn)箱等的異常情況進(jìn)行監(jiān)測,而且還能對家中的火警進(jìn)行監(jiān)測。在家中無人的情況下還具有探測有無物體移動的功能,以發(fā)現(xiàn)家中是否有偷竊等異常情況。本設(shè)計(jì)采用熱釋紅外線傳感器,通過探測人體特有的紅外線來檢測盜情。3 單片
43、機(jī)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)中最為重要的部分。它關(guān)系到一個系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)其預(yù)定的要求。本設(shè)計(jì)分主程序設(shè)計(jì)和中斷子程序的設(shè)計(jì),其中主程序的功能是對輸入信號的檢測,確有警情時發(fā)出報(bào)警命令。中斷子程序是對完成其報(bào)警功能。3.1 主程序設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是利用單片機(jī)對防盜報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行控制,系統(tǒng)要求能對16以上個點(diǎn)進(jìn)行自動監(jiān)測。利用8255a擴(kuò)展口,8255a有三個位并行口,程序?qū)a、pb和pc,依次進(jìn)行循環(huán)檢測。因8255a每個位并行口又有8個輸入輸出口,所以一片8255可擴(kuò)展24個口,程序?qū)?4個口進(jìn)行巡回監(jiān)測。一旦有盜情,調(diào)用中斷子程序發(fā)出報(bào)警信號。主程序流程圖如圖3.1所示。 圖3.1 主程序流程圖3
44、.2 核對子程序設(shè)計(jì)當(dāng)有盜情時,立即進(jìn)行聲光報(bào)警,并顯示被盜地點(diǎn)。為防止誤報(bào)警,當(dāng)檢測到某點(diǎn)有盜請時該系統(tǒng)應(yīng)延時再進(jìn)行檢測一次,若確有盜情方可報(bào)警,并用數(shù)字指示出被盜地點(diǎn)。核對子程序的流程圖如3.2所示。開 始n保存第一次讀數(shù)延時重讀相同口調(diào)用報(bào)警子程序有警否?y結(jié) 束 圖3.2 核對子程序流程圖3.3 中斷子程序設(shè)計(jì)(1)要產(chǎn)生音頻脈沖,只要算出某一音頻的周期(1/頻率),然后將此周期除以2,即為半周期的時間。利用定時器計(jì)時這個半周期時間,每當(dāng)計(jì)時到后就將輸出脈沖的i/o反相,然后重復(fù)計(jì)時此半周期時間再對反相,就可在腳上得到此頻率的脈沖13。 定時時間為 報(bào)警蜂鳴聲音為。所以中斷為,中斷一次
45、加1,直到,加1,到.3為1,即。 約1秒間隔會使led反轉(zhuǎn)一次,而蜂鳴則一秒鳴一次,得到“嘀.嘀.”的報(bào)警聲,同時led閃爍,聲光報(bào)警。 (2)利用89c51的內(nèi)部定時器使其工作在計(jì)數(shù)模式mode2下。 中斷子程序流程圖如圖3.3所示。nyy21h加1c=1?22h.3=0?p2.0=1,cpl p2.1p2.0=022h加1 中斷返回int0入口 n圖3.3 中斷子程序流程圖3.4 讀數(shù)子程序設(shè)計(jì)讀數(shù)子程序主要用來讀入8255輸入口的信息,并檢測是否有報(bào)警信號。其流程圖如圖3.4所示。圖3.4 讀數(shù)子程序流程圖3.5 程序設(shè)計(jì)說明8255方式控制字為 10011011 bit71為置方式標(biāo)
46、志有效bit6 5 00為a口方式0,基本輸入輸出方式bit4 1為a口為輸入方式bit3 1為c口上半部pc4pc7為輸入方式bit20為b口方式0,基本輸入輸出方式bit1 1為b口為輸入方式 bit0 1為c口下半部pc0pc3為輸入方式 8255 片選端接p2.7,地址a0,a1接單片機(jī)a0,a1(p0.0,p0.1)a口地址為7ffch (0111 1111 1111 1100)b口地址為7ffdh (0111 1111 1111 1101)c口地址為7ffeh (0111 1111 1111 1110)控制寄存器地址為7fffh(0111 1111 1111 1111)t0選擇定時
47、方式2 控制字為 00000010 定時時間為 報(bào)警蜂鳴聲音為定時常數(shù) 30h 為存放盜情地點(diǎn)數(shù) 124 21h22h 為控制led閃爍 和間斷蜂鳴聲報(bào)警 原理:中斷為,中斷一次21h加1,直到,加1,到.3為1,即。約1秒間隔會使led反轉(zhuǎn)一次,而蜂鳴則一秒鳴一次,得到“嘀.嘀.”的報(bào)警聲,同時led閃爍,聲光報(bào)警。4 總結(jié) 本文采用單片機(jī)為核心的紅外報(bào)警,并以此為核心設(shè)計(jì)了報(bào)警器的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng),安裝時發(fā)現(xiàn)很多錯誤,比如說網(wǎng)絡(luò)方面的,單片機(jī)和電腦通訊方面的等等。讓一個人在探測器前方處走動,調(diào)整電路中的rp,使訊響器報(bào)警即可。其它部分只要元器件質(zhì)量良好焊接無誤,可正常工作。因?yàn)閳?bào)警時其聲
48、音是永不停止的警報(bào)聲,該系統(tǒng)在1秒鐘內(nèi)就可巡回檢測許多次,正常的報(bào)警聲音是警報(bào)聲,每次報(bào)警時間1秒為一個循環(huán)。所以因此出現(xiàn)報(bào)警聲后,應(yīng)到現(xiàn)場進(jìn)行觀察,直接復(fù)位。一般盜賊將連接導(dǎo)線短路的可能性較小,但是有些盜賊了解其它的報(bào)警器不具有此功能,將線路斷路的可能性也是有的。所以,可以根據(jù)不同的情況來設(shè)計(jì)。單片機(jī)防盜報(bào)警系統(tǒng)主要用于賓館、倉庫、居民樓等場所,它能對受監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行自動監(jiān)測。一旦出現(xiàn)盜情,能立即報(bào)警,并指示被盜地點(diǎn)。該防盜報(bào)警系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、成本低等優(yōu)點(diǎn)。若更換其他的傳感器,該系統(tǒng)還可以用于火災(zāi)報(bào)警、煤氣泄漏等報(bào)警。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人們對防盜、防劫、防火保安設(shè)備的需求量大大增加。針
49、對偷盜、搶劫、火災(zāi)、煤氣泄漏等事故進(jìn)行檢測和報(bào)警的系統(tǒng),其需求也越來越高。針對上述情況,本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)控制技術(shù),將at89c51單片機(jī),紅外線檢測信號放大電路、數(shù)碼顯示電路等有機(jī)地結(jié)合在一起,研制成一種功能先進(jìn)、實(shí)用、成本低廉的智能防盜報(bào)警器。為廣大的市民提供了良好的保障,具有很大的市場應(yīng)用潛力和廣闊的發(fā)展前景。附錄org 0000h ;程序起始地址 ljmp mainorg 000bh ;中斷int0起始地址ljmp intt0 跳轉(zhuǎn)到中斷org 0100hmain:mov tmod,#02h mov th0,#6movtl0,#6clrtr0 ;關(guān)t0clret0 ;關(guān)t0中斷clrea
50、 ;關(guān)中斷clr p2.0 ;關(guān)ledmova, #10011011節(jié) ;送8255方式控制字mov dptr,#7fffh ;控制寄存器地址movxdptr,a mov30h,#0mov21h,#0mov 22h,#0movp1, 30h ;顯示00,無盜情check:movdptr,#7ffchmovr7, #3 ;pa,pb,pc,3個口check1:movxa,dptrmovr0, #8 ;一次要檢測8位movr4,#0 ;移位次數(shù)movr1, a ;保存狀態(tài)next:inc r4 ;移位次數(shù)inc 30hmova, 30hda a ;組合bcd碼mov30h,aclrcmova, r1rlca ;左移一位 cmovr1,a ;保存移位后狀態(tài)jcturnonalarm ;為1 報(bào)警jmpgonextturnonalarm:mov a,r4mov24h, a ;保存移位次數(shù)lcalldelay1 ;延時再檢測movxa,dptr ;重新讀狀態(tài)shift:rlcadjnzr4,shift ;檢測jc alarm ;仍然為1 報(bào)警mova,24hmovr4,a ;不為1 重載移位次數(shù)jmpgonextalarm:mov a,r4mov 24h,asetbea ;開中斷setbet0setb tr0movp1,30h ;
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