毕 业 设 计 （论 文）
设计（论文）题目： 出租车计费系统分析与设计
单 位（系别）： 自动化系 学 生 姓 名： 刘宏博 专 业： 自动化 班 级： 05121002 学 号： 0512100227 指 导 教 师： 潘显兵 答辩组负责人：
填表时间： 2014 年 5 月 重庆邮电大学移通学院教务处制
编 号：____________
审定成绩：____________
重庆邮电大学移通学院本科毕业设计（论文）
重庆邮电大学移通学院毕业设计(论文)任务书
设计(论文)题目出租车计费系统分析与设计
学生姓名刘宏博系别自动化专业自动化班级0512100227 指导教师潘显兵职称副教授联系电话138********
教师单位重庆邮电大学移通学院下任务日期2014 年 2 月18 日
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摘要
随着经济的发展，带动汽车行业快速发展，出租车日益普遍，了解在出租车上应用的计费系统，对我们日常生活也有帮助。而使用单片机实现该系统，是深化单片机应用的良好途径。
本文是基于AT89C51单片机完成的出租车计费系统设计与分析，系统由单片机AT89C51和一些外围原件组成，具有操作简单，显示明了，功能强大的特点。
整个系统只有四个按键，包括一个“启动/停止”，一个“复位清除”，一个“查询、确认”，一个“功能键”
使用六个七段数码管作为显示器，可以显示数字、字母使系统信息一目了然；
本系统除了里程统计和费用计算以外，还具有万年历和语音播报功能。
万年历由时钟芯片DS1302实时提供时钟信号，再由单片机调用显示；
语音播报由语音芯片ISD1420提供语音信息，语音信息放在不同的地址里，由单片机从这些地址中调用合适的语音进行播放。[1]
本方案充分发挥人性化的特点，利用ISD1420的语音功能，模拟实现带语音提示的出租车计价系统。比较真实地模拟出租车的空车、载客、到站及对各状况的费率的计算、统计、显示和语音播报等功能。
本系统涉及到的理论知识有：AT89C51单片机知识、ISD1420语音芯片的可擦、写的语音芯片的工作原理及应用、实时时钟芯片的工作原理及应用、出租车计费系统的原理和实现方法。
【关键词】时钟芯片DS1302 语音芯片ISD1420 单片机AT89C51 掉电保护芯片24C02
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ABSTRACT
The abstract this graduation project instruction booklet in view of the rental car which completes with monolithic integrated circuit AT89C51 counts the price system. Along with the economical development,leads the automobile profession fast development, the rental car is day by day common, understood on the rental car the application cost system, also has the help to our daily life.But uses the monolithic integrated circuit to realize this system, is deepens the monolithic integrated circuit application the good way. This system is composed by monolithic integrated circuit AT89C51 and some periphery original part, has the operation to be simple, demonstration perspicuity, function formidable characteristic. Overall system only then two pressed keys, “start/stop” “replacement”; Uses six seven section of nixie tubes to take the monitor, may demonstrate the numeral, the letter cause the system information to be clear; This system besides course statistics and calculation of charge, but also has ten thousand calendars and the pronunciation disseminates news the function. Ten thousand calendars real-time provide the clock signal by clock chip DS1302, again transfers the demonstration by the monolithic integrated circuit; The pronunciation disseminates news by pronunciation chip ISD1420 provides the pronunciation information, the pronunciation information places in the different address, transfers the appropriate pronunciation by the monolithic integrated circuit from these addresses to carry on the broadcast. This plan full display user friendly characteristic, uses ISD1420 the pronunciation function, the simulation realization belt voice prompt rental car counts the price https://www.doczj.com/doc/a77097890.html,pared with really simulates the rental car the spatial vehicle, carries passengers, to station of arrival and to various conditions tariff computation, the statistics, the demonstration and the pronunciation disseminates news and so on the functions. This system involves the theory knowledge includes: The AT89C51 monolithic integrated circuit knowledge, the ISD1420 pronunciation chip may scratch the pronunciation chip principle of work and the application, the real-time clock chip principle of work and the application, the rental car cost system principle and the realization method which, write. 【Key words】:Clock chip DS1302 Pronunciation chip ISD1420 Monolithic integrated circuit AT89C51 Fulls electricity protection chip 24C02
III
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目录
前言 (1)
第一章系统分析与设计题目要求 (2)
第一节设计的意义 (2)
第二节设计要求 (2)
第二章概述 (3)
第一节出租车计费器概述 (3)
第二节单片机发展前景概述 (4)
第三节单片机的应用范围 (5)
第三章系统介绍 (6)
第一节系统组成 (6)
第二节里程计量及费用计算功能 (7)
第三节NE555脉冲计量功能 (7)
第四节按键功能 (8)
第五节时钟功能 (8)
第六节语音功能 (8)
第七节电路设计原理图 (9)
第四章硬件设计 (10)
第一节主程序/CPU模块 (10)
第二节NE555脉冲发射器模块 (13)
第三节按键扫描模块 (14)
第四节时钟模块 (15)
第五节语音播放模块 (17)
第六节掉电保护模块 (25)
第七节显示模块 (26)
第五章程序设计 (28)
第一节主程序流程框图 (28)
第二节里程和费率计算程序流程图 (29)
IV
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第三节程序设计 (30)
结论 (33)
致谢 (34)
参考文献 (35)
附录 (36)
一、英文原文 (36)
二、英文翻译 (39)
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前言
随着生活水平的提高，人们已不再满足于衣食住的享受，出行的舒适已受到越来越多人的关注。于是，出租车行业以低价高质的服务给人们带来了出行的享受。但是总存在买卖纠纷困扰着行业的发展。然而解决这一矛盾的最好方法就是改良出租车的计价器，用更加精良的计价器来为乘客提供更加方便快捷的服务。随着电子技术的发展，出租车计价器的设计技术也在不断进步和提高。基于单片机系统设计的出租车计价器是以单片机作为核心的控制元件，采用灵敏的霍尔开关型器件，具有功能强，性能可靠，电路简单，成本低的特点，加上经过优化的程序，使其具有很高的智能化水平。
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第一章系统分析与设计题目要求
第一节设计的意义
出租车计费器是乘客与司机双方的交易准则，它是出租车行业发展的重要标志，是出租车中最重要的工具。它关系着交易双方的利益。具有良好性能的计费器无论是对广大出租车司机朋友还是乘客来说都是很必要的。因此，汽车计价器的研究也是十分有一个应用价值的。
第二节设计要求
为保证乘客权益，所设计的出租车计价系统，要求设置起步费、行使费和燃油附加费，起步价(如2公里内3元)，2公里后行驶费开始按每公里增加费用，每公里的单价为1.8元。燃油附加费--每车次加收0.5元，且燃油费不显示在计价器上。该电路系统能够模拟实际出租汽车的启动、停止、暂停、空车等状态，可以显示计费金额、行驶公里数、计费开始时间等参数，而且各关键参数可以进行调整，以适应在实际应用中起步价、每公里价格和计费方式等参数的变化。
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第二章概述
第一节出租车计费器概述
出租车行业在我国是八十年代初兴起的一项新兴行业，随着我国国民经济的高速发展，出租汽车已成为城市公共交通的重要组成部分。多年来国内普遍使用的计价器只具备单一的计量功能。目前全世界的计价器中有90%为台湾所生产。现今我国生产计价器的企业有上百家，主要是集中在北京、上海、沈阳和广州等地。
我国第一家生产计价器的是重庆市起重机厂，最早的计价器全部采用机械齿轮构，只能完成简单的计程功能，可以说，早期的计价器就是个里程表。随着科学技术的发展，产生了第二代计价器。它采用了手摇计算机与机械结构相结合的方式，实现了半机械半电子化。此时它在计程的同时还可完成计价的工作。大规模集成电路的发展又产生了第三代计价器，也就是全电子化的计价器。它的功能也在不断完善。出租汽车计价器是一种专用的计量仪器，它安装在出租汽车上，能连续累加，并指示出行程中任一时刻乘客应付费用的总数，其金额值是计程和计时时间的函数。出租车计价器的设计技术也在不断进步和提高，基于单片机系统设计的出租车计价器是以单片机作为核心的控制元件，采用灵敏的霍尔开关型器件，具有功能强，性能可靠，电路简单，成本低的特点，加上经过优化的程序，使其具有很高的智能化水平。[1]
出租车计价器在最初使用时具备的主要功能是根据行驶里程计价，要求精度高，可靠性好。不同国家和地址的计费方式存在差异，如有些地区有夜间收费及郊区收费等，而有些地区则无夜间收费和郊区收费；目前国内有些大城市要计计费器有税控功能，而有些城市无此要求；即使同一地区，不同车型的出租车其计费方式也有差别；随着电子技术的发展以及对计价器的不断改进和完善，便产生了诸多的附加功能。例如：(1)LED显示功能，数码管的使用让计价器实现多屏显示的功能，可同时显示各项营运数据，使乘客一目了然；(2)永久时钟功能，在非营运状态下，日历时钟芯片的使用使计价器可以显示永久时钟；(3)存储功能，可存储多项营运数据，便于查询。新型数据存储器的应用使得计价器的营运数据在掉电情况下还可以保存10年。[2]
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第二节单片机发展前景概述
单片机也被称为微控制器，常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。中国使用单片机的历史只有短短的30年，在初始的短短五年时间里发展极为迅速。1986年在上海召开了全国首届单片机开发与应用交流会，很多地区还成立了单片微型计算机应用协会，在全国形成的一股浪潮。
单片机应用技术飞速发展，我们首先从它的构成说起：单片机，亦称单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器（CPU）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入/输出端口（I/0）等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机，正因为如此才改变了现有生活。[2]单片机是所有微处理机中性价比最高的一种，随着种类的不断全面，功能不断完善，其应用领域也迅速扩大。单片机在智能仪表、实时控制、机电一体化、办公机械、家用电器等方面都有相当的应用领域。当前，8位单片机主要用于工业控制，如温度、压力、流量、计量和机械加工的测量和控制场合；高效能的16位单片机（如MCS-96、MK-68200）可用在更复杂的计算机网络。[3]
纵观我们现在生活的各个领域，从导弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据船输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能IC卡、电子宠物等，这些都离不开单片机。出租汽车计价器是一种专用的计量仪器，它关系着交易双方的利益。它关系着交易双方的利益。它安装在出租汽车上，能连续累加，并指示出行程中任一时刻乘客应付费用的总数，其金额值是计程和计时时间的函数。出租车计价器在最初使用时具备的主要功能是根据行驶里程计价，要求精度高，可靠性好。以前没有单片机时，这些东西也能做，但是只能使用复杂的模拟电路，然而这样做出来的产品不仅体积大，而且成本高，并且由于长期使用，元器件不断老化，控制的精度自然也会达不到标准。在单片机产生后，我们就将控制这些东西变为智能化了，我们只需要在单片机外围接一点简单的接口电路，核心部分只是由人为的写入程序来完成。这样产品的体积变小了，成本也降低了，长期使用也不会担心精度达不到了。[3]所以，它的魔力不仅是在现在，在将来将会有更多的人来接受它、使用它。据统计，我国的单片机年容量已达3亿片，且每年以大约20%的速度增长，但相对于世界市场我国的占有率还不到1%。特别是沿海地区的玩具厂等生产产品多数用到单片机，并不断地辐射向内地。
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第三节单片机的应用范围
由于单片机超小型化，结构紧凑，可靠性高，价格低廉，在国民经济中得到广泛应用：
①.工业：电机控制、工业机器人、过程控制、数字控制。
②.仪器仪表：智能仪器、医疗器械、色谱仪、示波器。
③.民用：电子玩具、高级电视游戏机、录像机、激光盘驱动。
④.电信：调制解调器、智能线路运行控制。
⑤.导航与控制：导弹控制、鱼雷制导控制、智能武器装置、航天导航系统。
⑥.数据处理：图形终端、彩色黑白复印机、温氏硬盘驱动器、磁带机。
⑦.汽车：点火控制、出租车记费控制、变速器控制、防滑刹车、排气控制。
由上所述，从家用电器、智能仪器仪表、工业控制直到火箭导航尖端技术领域，单片机都发挥着十分重要的作用。
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第三章系统介绍
第一节系统组成
此出租车计费系统以单片机为系统核心，利用AT89C51单片机配合六个数码管组成的显示模块及ISD1420语音模块等，实现基本的出租车计价器功能。
本系统是由AT89C51单片机、数码管显示模块、计数脉冲发生器、系统实时时钟及语音等模块组成。系统框图如图3-1所示：
系统功能图
图3.1 系统功能图
系统利用单片机丰富的IO端口，及其控制的灵活性，实现基里程计价功能和价格调节、时钟显示功能。其原理如图3－2所示。
图3.2 系统功能原理图
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第二节里程计量及费用计算功能
一、里程计量功能
①单片机对传感器输出脉冲进行计数，并将脉冲数换算成公里数；
②每公里的脉冲数：
PulsePerKM=20（个脉冲）
二、费用计算功能（出租车收费标准自拟）
费用计算包括三部分：起步费、行使费和燃油附加费：
①起步费用（Y）
当行驶里程（S）在2Km(含2Km)以内按3元计费。即行使费用（Y1）为：
Y1 = Y + 0.5 = 3.5（元）
②行使费用（Y1）
当行驶里程（S）超出2Km时，按1.8元/Km收费，这时行驶费用为：
Y1=Y+1.8×(S-2)
其中：Y为起步价=3
S为行使里程（总行使里程）
Y1为行使费用（总行使金额）
三、燃油附加费(每车次加收0.5元)
燃油费不显示在计价器上。
第三节NE555脉冲计量功能
本系统中555当传感器脉冲计量然后转换为公里数，并根据规则计算对应的费用。同时，监测行驶速度，统计低速时间，计算低速等待费用，提供数码管显示更新函数，以便主函数可以控制更新用户界面以及行驶里程、费用等信息的显示。具有定时精度高、工作速度快、可靠性好、电源电压范围宽、输出电流大等优点。
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第四节按键功能
本系统设置4个按键，各个按键的功能如下：
①“启动／停止”键，开始进入行使/结束行使。
②“功能键”，选择单双程。
③“查询／确认”，显示时间、里程、金额。
④“复位／清除”键，进入空车状态。
第五节时钟功能
本系统采用两种方法实现日历时钟：
①用实时时钟芯片DS1302作为时钟电路，产生年／月／日／时／分／秒等信号，供系统调用。内含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM 通过简单的串行接口与单片机进行通信实时时钟
②用单片机中断的方法产生年／月／日／时／分／秒等信号。
③两种方法由同学自行选择。[4]
第六节语音功能
本系统采用ISD1420系列单片录放时间8至20秒，音质好。片内信息可保存100年（无需后备电源），可反复录音十万次。
①当首次按下“启动”键，出租车开始启动，系统播放”Hello passenger welcome to take my taxi”播送完毕，计费器开始计费。
②在行使状态下，按下“停止”键，表示出租车到站，结束行使。这时候，系统播放“您好！请按记价器显示金额付费，带好您的随身物品，欢迎再次乘坐，再见！”的提示音。
③按下“复位／清除”键，进入空车状态。
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重庆邮电大学移通学院本科毕业设计（论文）第七节电路设计原理图
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第四章 硬件设计
第一节 主程序/CPU 模块
一、AT89C51单片机的电路图及说明
AT89C51是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes 的可反复擦写的Flash 只读程序存储器和128 bytes 的随机存取数据存储器（RAM ），器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash 存储单元，内置功能强大的微型计算机AT89C51提供了高性价比的解决方案。AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM ，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU 的工作，但允许RAM ，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。[5]
AT89C51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O ）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash 存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash 存储器可有效地降低开发成本。[7]
图4.1 AT89C51芯片引脚图
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（一）引脚说明
●VCC：供电电压。
●GND：接地。
●P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
●P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL 门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
●P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写1时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址1时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
●P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入1后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：
口管脚备选功能
P3.0 RXD（串行输入口）
P3.1 TXD（串行输出口）
P3.2 /INT0（外部中断0）
P3.3 /INT1（外部中断1）
P3.4 T0（记时器0外部输入）
P3.5 T1（记时器1外部输入）
P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）
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P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
●RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
●ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
●/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
●/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
●XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
●XTAL2：来自反向振荡器的输出。
振荡器特性:
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
表4.1 AT89C51 主要功能特性
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第二节NE555脉冲发射器模块
脉冲发生器模块电路图及说明如下图4-2
Vcc
图4.2 脉冲发生器模块
NE555定时器具有定时精度高、工作速度快、可靠性好、电源电压范围宽（3-18V）、输出电流大（可高达200mA）等优点，可组成各种波形的脉冲振荡电路、定时延时电路、是一种电路结构简单、使用方便灵活、用途广泛的多功能中规模集成电路。在这个电路中是多谐振荡器，它电路简单、性能稳定，波形标准。
一、引脚说明
●Pin 1 (接地)：地线(或共同接地)，通常被连接到电路共同接地。
●Pin 2 (触发点)：这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于2/3 VCC，下缘须低于1/3 VCC 。
●Pin 3 (输出)：当时间周期开始555的输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。周期的结束输出回到O伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约200 mA。
●Pin 4 (重置)：一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。它通常被接到正电源或忽略不用。
●Pin 5 (控制)：这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下，这输入能用来改变或调整输出频率。
●Pin 6 (重置锁定)：Pin 6重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从1/3 VCC电压
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以下移至2/3 VCC以上时启动这个动作。
●Pin 7 (放电)：这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时为LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。
●Pin 8 (V +)：这是555个计时器IC的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。
第三节按键扫描模块
整个系统只有四个按键，一个“启动/停止”，三个功能调整按键了，本模块功能：扫描按键功能，返回扫描。
图4.3 按键扫描模块电路图（按键连接电路图）
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