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傳感器是新技術革命和信息社會的重要技術基礎，是現代科技的開路先鋒，美國早在80年代就聲稱世界已進入傳感器時代，日本則把傳感器技術列為技術之創立。日本工商界人士聲稱“支配了傳感器技術就能夠支配新時代”。發達國家對開發傳感器技術部十分重視。美、日、英、法、德和獨聯體等國都把傳感器技術列為國家重點開發關鍵技術之一。美國國家長期安全和經濟繁榮至關重要的22項技術中有６項與傳感器信息處理技術直接相關。關于保護美國武器系統質量優勢至關重要的關鍵技術，其中８項為無源傳感器。美國2000年舉出15項有助于提高21世紀能力關鍵技術，傳感器技術名列第二。日本對開發和利用傳感器技術相當重視并列為國家重點發展６大核心技術之一。日本科學技術廳制定的90年代重點科研項目中有70個重點課題，其中有18項是與傳感器技術密切相關。美國早在80年代初就成立了國家技術小組（BTG），幫助政府組織和各大公司與國家企事業部門的傳感器技術開發工作。 </P><P> 傳感器技術是一項當今世界令人矚目的迅猛發展起來的新技術之一，也是當代科學技術發展的一個重要標志，它與通信技術、計算機技術構成信息產業的三大支柱之一。如果說計算機是人類大腦的擴展，那么傳感器就是人類五官的延伸，當集成電路、計算機技術飛速發展時，人們才逐步認識信息攝取裝置——傳感器沒有跟上信息技術的發展而驚呼“大腦發達、五官不靈”。傳感器開始受到普遍重視，從八十年代起，逐步在世界范圍內掀起了一股“傳感器熱”。美國國防部將傳感器技術視為今年20項關鍵技術之一，日本把傳感器技術與計算機、通信、激光半導體、超導并列為６大核心枝術，德國視軍用傳感器為優先發展技術，英、法等國對傳感器的開發投資逐年升級，原蘇聯軍事航天計劃中的第五條列有傳感器技術。正是由于世界各國普遍重視和投入開發，傳感器發展十分迅速，在近十幾年來其產量及市場需求年增長率均在10％以上。目前世界上從事傳感器研制生產單位已增到5000余家。美國、歐洲、俄羅斯各自從事傳感器研究和生產廠家1000余家，日本有800余家。 </P><P> 英特爾公司于當地時間本周三宣布，它已經發明了一種絕緣晶體管的突破性新方法，解決了半導體產業面臨的基本問題之一：在減少電能損耗和發熱量的同時使計算機芯片越來越小。 </P><P> 　　隨著半導體廠商在芯片中“塞入”的晶體管越來越多，晶體管就會出現電子泄露的問題。這意味著功能強大的芯片需要更多的電能，縮短了電池使用時間，并造成計算機散發大量熱量，使筆記本電腦變得燙手，企業則需要為服務器系統建立昂貴的冷卻系統。 </P><P> 　　英特爾公司稱，為了解決這一問題，它已經找到了一種絕緣金屬材料，以取代目前晶體管中普遍使用的二氧化硅。二氧化硅在晶體管中的使用已經有三十年的歷史了。英特爾公司的技術分析師威羅納爾說，能耗問題是半導體產業目前遇到的大難題，我們的技術是對晶體管的重新設計。 </P><P> 　　當在芯片上集成的晶體管越來越多時，二氧化硅絕緣層會變得非常薄，使電流能夠泄露出去。英特爾公司的解決方案是一種被稱為“高K絕緣體”的較厚的金屬材料，使晶體管不會發生電流泄露。 </P><P> 　　為了提高芯片的運算能力，英特爾公司及其競爭對手在芯片中集成的晶體管數目越來越大。例如，1993年推出的奔騰芯片集成了310萬個晶體管，奔騰4芯片則集成了5500萬個晶體管，英特爾公司在2007年推出的芯片預計將集成10億個以上的晶體管。 </P><P> 　　英特爾公司的創始人之一戈登·摩爾在1965年提出了的摩爾定律，即芯片上集成的晶體管數量每18個月就會翻一番。今年2月份，他預測說，摩爾定律在未來10年內還會繼續生效，但他警告說，為了減少芯片的發熱量，必須首先解決電流泄露的問題。 </P><P> 　　威羅納爾表示，由于新的絕緣材料與現有的硅柵極不兼容，英特爾公司還將在柵極中使用金屬材料。 </P><P> 　　英特爾公司沒有披露新材料的成份。英特爾公司稱，它將在2007年使用這種新技術，屆時，它還將開始使用0.045微米生產工藝。 　　</P><P> <BR> 信息來源：傳感器資訊網 

 本文簡要介紹了嵌入式可編程控制器及其I/O模塊，結合功率邏輯器件TPIC6B273的特點，對傳統的輸出模塊進行了改進，實驗證明其簡捷有效。 <BR> 關鍵詞：功率邏輯器件；嵌入式；I/O模塊</P><P> 嵌入式可編程控制器及其I/O模塊</P><P> 　　為較合理地解決目前可編程邏輯控制器自身的軟硬件分配，以及與上位機通信協調工作中存在的問題，結合外掛式和虛擬式的優點，本文基于ISA總線技術自行開發設計了一種插卡嵌入式可編程控制器。從計算機技術概念看，該嵌入式可編程邏輯控制器是一種工業控制計算機，控制對象是工業生產設備或工業生產過程，工作于工業生產現場。它的CPU采用AT89C52，實質是一種智能化I/O接口卡，與工業生產過程的聯系就是通過輸入輸出(I/O)模塊實現的。I/O接口模塊包括輸入隔離、輸入選擇器、輸出鎖存器、驅動電路，以及輸入/輸出顯示電路，它的任務是將被控對象或被控生產過程的各種變量進行采集送入CPU處理，同時控制器又通過I/O模塊將運算處理產生的輸出信息送到被控設備或生產現場，驅動各種執行機構動作，實現實時控制。 <BR> I/O能力即輸入輸出點數的總數量決定了可編程控制器的類型，本系統主要針對開關量控制設計，結合實際生產過程中輸入開關量往往大于輸出量的情況，輸入輸出點數為64：32。</P><P> 　　由于生產現場通常暴露于空間，為了保證信號準確無誤的傳送，要求可編程控制器的I/O模塊具有很強的抗干擾能力。所以輸入模塊如圖1所示，由三片可編程并行I/O接口芯片8255和光電隔離部分組成，輸入信號經過光電耦合器TLP521-4隔離后，送入8255的A、B、C口。8255控制字初始化為#9BH，工作在模式0(基本輸入/輸出方式)。</P><P> 　　對于開關量輸出模塊，為了適應工業過程中各種執行機構的電平要求和輸出功率的要求，借助于輸出指令將開關量的狀態置于輸出緩沖鎖存器，再經驅動放大后送到現場，控制被控過程的繼電器、接觸器、電磁閥等。通常輸出模塊的解決方法有：一是采用一定功能的數字邏輯器件加上由分立元件組合成的功率驅動電路來實現，如緩沖鎖存器74LS273和74LS274等，提供相應的邏輯電平(“0”或“1”)，加上由晶體管、二極管和電阻等組成功率驅動電路提供負載所需的功率；另一種方法是用一片集成化的功率驅動芯片來代替*種方法中由分立元件組成的驅動電路，如74LS274+ULN2803或ULN2003，此種方法在一定程度上簡化了電路的設計，這種芯片僅有商業級提供，個別芯片只有7個功率驅動門，而有時往往需要8個門。這就需要2片芯片來實現，造成一定冗余。 </P><P> 　　對于嵌入式可編程控制器，其系統規模和電路印刷板面積和體積受到微機自身空間條件的限制，同時還得滿足輸入輸出點數的需要，這就要求在設計中必須盡可能地減小某一模塊的面積及體積，以適應系統要求。</P><P> 功率邏輯器件TPIC6B273 <BR> 　　德州儀器(TI)公司新近推出的功率邏輯器件有三種類型8種型號，分別是8位移位寄存器(TPIC6595/6A595/6B595)、8位尋址鎖存器(TPIC6259/6A259/6B259)和8位D型鎖存器(TPIC6273/6B273)。此類芯片允許的工作溫度范圍為-40℃~+125℃，幾乎滿足大多數的應用環境要求，而且芯片本身的靜態功耗卻很低(Icc<150mA)。每一個功率門提供的峰值電流大達1.5A,其中A系列驅動電流為1.1A，B系列驅動電流為0.5A。<BR> <BR> 　　其中TPIC6B273DN是一種單片、高電壓、中等電流的功率邏輯8位D型鎖存器，具有8個正邊沿觸發的D型觸發器，有一個直接清零端，每個觸發器都是漏極開路功率DMOS晶體管輸出，能提供150mA連續電流，專為用于需要相對高的負載功率的系統設計，其邏輯示意圖見圖2。它包括一個內建的輸出電壓箝位電路以防感性負載的瞬變電壓；功率驅動器可用來驅動包括繼電器、螺形線圈以及其它中等電流或高電壓的負載。</P><P> 　　TPIC6B273DN邏輯功能見表1，當清零端(CLK)為高時，D輸入端的信息滿足設置時間的要求后，在時鐘(CLK)脈沖的正邊沿該信息被傳送到DRAIN輸出端。時鐘觸發發生在特定的電平而與正向脈沖的躍變時間并無直接的關系。當CLK時鐘輸入端不管是高或低電平時，D輸入端的信號對輸出端沒有影響。一個異步的端用來關閉所有8個DMOS晶體管的輸出。對一個給定的輸出端，當數據為低時，對應的DMOS晶體管的輸出被關斷。當數據為高時，相應DMOS晶體管的輸出端具有吸入電流的能力。</P><P> 　　由于該器件將鎖存器和驅動器做在單一芯片里，可以直接代替前兩種方法中的全部電路，且滿足了輸出模塊的要求，可以先將信號鎖存，而后在輸出刷新時，驅動負載；并能夠提供150mA的連續電流來驅動較大范圍的負載。基于以上特點，選用TPIC6B273DN來改進傳統輸出模塊的設計方法，并且選用繼電器輸出作為負載。 <BR> 如圖3本卡在使用過程中將該芯片的接為高電平，CLK上升沿信號由譯碼信號和寫信號經或非門74LS02產生。只有兩信號同為低有效時，CLK正邊沿將鎖存數據送到DRAIN端，其工作波形見圖4。 </P><P> 結論 <BR> 　　采用功率邏輯器件TPIC6B273DN代替輸出模塊由輸出鎖存器、功率放大驅動電路和光電隔離等組成的傳統設計方法。首先在硬件設計上減少了元器大簡化，一改傳統模塊的缺陷，并且設計擴展靈活，系統可靠性得以提高。件數量，輸出模塊的印刷電路板面積縮小了近3/4，電路連線和布局難度明顯降低，系統體積縮小，較好地滿足了機箱空間對嵌入式可編程控制器面積和體積的約束。其次可保證輸入和輸出點數，滿足了輸出模塊的要求，以及大范圍輸出負載的要求，經過這樣設計使得輸出模塊結構大大簡化，一改傳統模塊的缺陷，并且設計擴展靈活，系統可靠性得以提高。

 暗流涌動—-發展中的機器人<BR> 作者：“863”計劃機器人技術主題專家組 <BR> 【來源：計算機世界網】<BR> 工業機器人創造新價值 </P><P> 20世紀50年代，工業機器人為解決單調、重復的體力勞動和提高產品質量而誕生。從那以后，機器人作為生產自動化的典型代表，在制造業領域獲得了巨大成功。人們逐步發現，在高溫、有毒等工人不宜久留的工作環境中，機器人可以發揮其*優勢。 <BR> 工業機器人的大量應用，促進了機器人產業的發展。在國外，工業機器人技術日趨成熟，已經成為一種標準設備被工業界廣泛應用。ABB、FANUC、Motoman、KUKA等的機器人公司已經成為其所在地區的支柱性產業。 <BR> 目前，日本實際裝配的工業機器人總量占世界總量的一半，不過日本的統計數字中包含了工業機器人。事實上從1998年開始，日本的機器人總量就開始下降，而且呈加速下降趨勢。而在歐盟和美國，其工業機器人的總量在2000年分別增加了12%和13%。所以目前世界工業機器人市場的實際狀況是歐盟和美國正在趕超日本。 <BR> 隨著信息技術的快速發展，制造業也進入了一個新的階段，即從面向市場生產轉變為面向用戶生產，用戶對產品的個性化要求越來越高。而敏捷制造裝備的可編程、可重組和快速響應能力使得在進行小批量生產時，可以實現接近大中批量生產的效率，從而能減少生產成本對生產批量的依賴，更方便地為用戶提供個性化產品。由于機器人具有自主規劃、可編程、可協調作業、基于傳感器控制等特點，它將成為可重組的敏捷制造生產裝備的重要組成部分，為傳統制造企業向敏捷制造企業發展提供重要的技術支持。 </P><P> 特種機器人人丁興旺 </P><P> 在工業機器人飛速發展的同時，在非制造業領域對機器人技術應用的研究和開發也非常活躍，這被稱為特種機器人技術。據專家預測，21世紀將是非制造業自動化技術快速發展的時期。機器人以及其他智能機器將在空間和海洋探索、農業及食品加工、采掘、建筑、醫療、服務、交通運輸、軍事等領域具有廣闊的市場前景。 <BR> 特種機器人通常是在非結構化環境下工作，即其工作的環境可能在作業過程中發生變化，而不像工業機器人那樣可以事先布置好生產環境。與工業機器人及自動化裝備相比，特種機器人與環境的交互作用更加復雜，控制更加困難，因此它對智能化程度要求更高。 <BR> 在研究和開發特種機器人的過程中，人們逐步認識到機器人技術是感知、決策、行動和交互四大技術的結合。隨著人們對機器人技術智能化本質認識的加深，機器人技術開始*地向人類活動的各個領域滲透。結合這些領域的應用特點，人們發展了各種特種機器人和智能機器，如仿人機器人、仿生機器人、微機器人、醫療機器人、水下機器人、移動機器人、軍用機器人、空間機器人、農林機器人等。它們從外觀上看已經遠遠脫離了初工業機器人的形狀，其智能和功能也大大超出了工業機器人的范圍，更加符合應用領域的特殊要求。傳統的機器人是對人類體力的擴展，一般需要人來操作；而特種機器人和智能機器則是通過感知，由計算機推理進行響應和動作，是對人類智能的延伸。 <BR> 在特種機器人當中，服務機器人因為其接近人類生活而迅速崛起。從醫療機器人到水下機器人，從清潔機器人到吸塵機器人，從自主移動機器人到機器人伴侶，從演奏機器人到各種機器寵物，到處都有它們的身影，它們中的大多數都已經走出了實驗室，真正走進了人們的生活。 </P><P> 機器人內涵不斷豐富 </P><P> 機器人誕生已有40余年，但對于到底什么是機器人，仍是仁者見仁、智者見智。究其原因主要是涉及到“人”的概念，致使一個科技概念成了一個哲學概念。2001年4月15日，中國專家在上海就機器人的定義問題與世界機器人之父恩格爾伯格先生進行了探討。恩格爾伯格先生認為:機器人尚沒有一個準確的定義，但有一點可以確定，那就是機器人不一定長得像人，但能像人一樣工作。 <BR> 在美國不僅將工業機器人和服務機器人看做是機器人，還將無人機、水下潛器、月球車甚至巡航等都看做是機器人。在我國，機器人的概念也在不斷擴展。因為我國工程機械行業的大多數產品都面臨著更新換代，而機器人技術是提升工程機械技術水平和產品檔次的重要手段，于是我國的蔣新松院士提出了機器人化機器的概念，即在傳統機械中引入機器人技術，使其具有機器人的功能。但我國工程機械行業的自主開發能力較弱，為了改變這一狀況，我國工程機械行業聯合科研單位開展了機器人化機器的研究。“十五”期間，國家“863”計劃機器人技術主題將“IC裝備”、“微機電技術（MEMS）”、“盾構技術”等都納入了我國機器人技術主題的工作重點。 <BR> 機器人技術的內涵正在不斷豐富，它在人類生活中的應用范圍也在不斷擴大，對國民經濟和都具有重要的戰略意義，各國政府都希望搶占機器人這一經濟技術制高點。一些經濟發達國家都實施了自己的機器人研究發展計劃，如日本的極限作業機器人計劃、微機器人計劃、仿人機器人計劃，美國的自主地面機器人計劃、未來作戰系統計劃等。此外，新加坡、韓國、巴西等發展中國家也都有相應的計劃內容。

 傳感器是一種能將物理量、化學量、生物量等轉換成電信號的器件。輸出信號有不同形式，如電壓、電流、頻率、脈沖等，能滿足信息傳輸、處理、記錄、顯示、控制要求，是自動檢測系統和自動控制系統中*的元件。如果把計算機比作大腦，那么傳感器則相當于五官，傳感器能正確感受被測量并轉換成相應輸出量，對系統的質量起決定性作用。自動化程度越高，系統對傳感器要求越高。在今天的信息時代里，信息產業包括信息采集、傳輸、處理三部分，即傳感技術、通信技術、計算機技術。現代的計算機技術和通信技術由于超大規模集成電路的飛速發展，而已經充分發達后，不僅對傳感器的精度、可靠性、響應速度、獲取的信息量要求越來越高，還要求其成本低廉且使用方便。顯然傳統傳感器因功能、特性、體積、成本等已難以滿足而逐漸被淘汰。世界許多發達國家都在加快對傳感器新技術的研究與開發，并且都已取得極大的突破。如今傳感器新技術的發展，主要有以下幾個方面： <BR> 一、發現并利用新現象<BR> 利用物理現象、化學反應、生物效應作為傳感器原理，所以研究發現新現象與新效應是傳感器技術發展的重要工作，是研究開發新型傳感器的基礎。 日本夏普公司利用超導技術研制成功高溫超導磁性傳感器，是傳感器技術的重大突破，其靈敏度高，僅次于超導量子干涉器件。它的制造工藝遠比超導量子干涉器件簡單。可用于磁成像技術，有廣泛推廣價值。<BR> 利用抗體和抗原在電極表面上相遇復合時，會引起電極電位的變化，利用這一現象可制出免疫傳感器。用這種抗體制成的免疫傳感器可對某生物體內是否有這種抗原作檢查。如用肝炎病毒抗體可檢查某人是否患有肝炎，起到快速、準確作用。美國加州大學巳研制出這類傳感器。<BR> 二、利用新材料<BR> 傳感器材料是傳感器技術的重要基礎，由于材料科學進步，人們可制造出各種新型傳感器。例如用高分子聚合物薄膜制成溫度傳感器；光導纖維能制成壓力、流量、溫度、位移等多種傳感器；用陶瓷制成壓力傳感器。高分子聚合物能隨周圍環境的相對濕度大小成比例地吸附和釋放水分子。高分子電介常數小，水分子能提高聚合物的介電常數。將高分子電介質做成電容器，測定電容容量的變化，即可得出相對濕度。利用這個原理制成等離子聚合法聚苯乙烯薄膜溫度傳感器，其有以下特點：<BR> 測濕范圍寬； <BR> 溫度范圍寬，可達-400℃～ +1500℃； <BR> 響應速度快，小于1S； <BR> 尺寸小，可用于小空間測濕； <BR> 溫度系數小。 <BR> 陶瓷電容式壓力傳感器是一種無中介液的干式壓力傳感器。采用先進的陶瓷技術，厚膜電子技術，其技術性能穩定，年漂移量小于0.1%F.S,溫漂小于±0.15%/10K,抗過載強,可達量程的數百倍。測量范圍可從0到60mpa。德國E+H公司和美國Kavlio公司產品處于*地位。<BR> 光導纖維的應用是傳感材料的重大突破，其早用于光通信技術。在光通信利用中發現當溫度、壓力、電場、磁場等環境條件變化時，引起光纖傳輸的光波強度、相位、頻率、偏振態等變化，測量光波量的變化，就可知道導致這些光波量變化的溫度、壓力、電場、磁場等物理量的大小，利用這些原理可研制出光導纖維傳感器。光纖傳感器與傳統傳感器相比有許多特點：靈敏度高，結構簡單、體積小、耐腐蝕、電絕緣性好、光路可彎曲、便于實現遙測等。光纖傳感器日本處于先進水平。如Idec Izumi公司和Sunx公司。光纖傳感受器與集成光路技術相結合，加速光纖傳感器技術的發展。將集成光路器件代替原有 光學元件和無源光器件，使光纖傳感器有高的帶寬、低的信號處理電壓，可靠性高，成本低。<BR> 三、微機械加工技術<BR> 半導體技術中的加工方法有氧化、光刻、擴散、沉積、平面電子工藝，各向導性腐蝕及蒸鍍，濺射薄膜等，這些都已引進到傳感器制造。因而產生了各種新型傳感器，如利用半導體技術制造出硅微傳感器，利用薄膜工藝制造出快速響應的氣敏、濕敏傳感器，利用濺射薄膜工藝制壓力傳感器等。<BR> 日本橫河公司利用各向導性腐蝕技術進行高精度三維加工，制成全硅諧振式壓力傳感器。核心部分由感壓硅膜片和硅膜片上面制作的兩個諧振梁結成，兩個諧振梁的頻差對應不同的壓力，用頻率差的方法測壓力，可消除環境溫度等因素帶來的誤差。當環境溫度變化時，兩個諧振梁頻率和幅度變化相同，將兩個頻率差后，其相同變化量就能夠相互抵消。其測量精度可達0.01%FS。<BR> 美國Silicon Microstructure Inc.(SMI)公司開發一系列低價位,線性度在0.1%到0.65%范圍內的硅微壓力傳感器,低滿量程為0.15psi(1KPa),其以硅為材料制成,具有*的三維結構,輕細微機械加工,和多次蝕刻制成惠斯登電橋于硅膜片上,當硅片上方受力時,其產生變形,電阻產生壓阻效應而失去電橋平衡,輸出與壓力成比例的電信號.象這樣的硅微傳感器是當今傳感器發展的前沿技術,其基本特點是敏感元件體積為微米量級,是傳統傳感器的幾十、幾百分之一。在工業控制、航空航天領域、生物醫學等方面有重要的作用，如飛機上利用可減輕飛機重量，減少能源。另一特點是能敏感微小被測量，可制成血壓壓力傳感器。<BR> 中國航空總公司北京測控技術研究所，研制的CYJ系列濺謝膜壓力傳感器是采用離子濺射工藝加工成金屬應變計，它克服了非金屬式應變計易受溫度影響的不足，具有高穩定性，適用于各種場合，被測介質范圍寬，還克服了傳統粘貼式帶來的精度低、遲滯大、蠕變等缺點，具有精度高、可靠性高、體積小的特點，廣泛用于航空、石油、化工、醫療等領域。 <BR> 四、集成傳感器<BR> 集成傳感器的優勢是傳統傳感器無法達到的，它不僅僅是一個簡單的傳感器，其將輔助電路中的元件與傳感元件同時集成在一塊芯片上，使之具有校準、補償、自診斷和網絡通信的功能，它可降低成本、增加產量，美國LUCAS、NOVASENSOR公司開發的這種血壓傳感器，每星期能生產1萬只。<BR> 五、智能化傳感器<BR> 智能化傳感器是一種帶微處理器的傳感器，是微型計算機和傳感器相結合的成果，它兼有檢測、判斷和信息處理功能，與傳統傳感器相比有很多特點：<BR> 具有判斷和信息處理功能，能對測量值進行修正、誤差補償，因而提高測量精度； <BR> 可實現多傳感器多參數測量； <BR> 有自診斷和自校準功能，提高可靠性； <BR> 測量數據可存取，使用方便； <BR> 有數據通信接口，能與微型計算機直接通信。 <BR> 把傳感器、信號調節電路、單片機集成在一芯片上形成超大規模集成化的高級智能傳感器。美國HONY WELL公司ST-3000型智能傳感器，芯片尺寸才有3×4×2mm3，采用半導體工藝，在同一芯片上制成CPU、EPROM、靜壓、壓差、溫度等三種敏感元件。<BR> 智能化傳感器的研究與開發，美國處于*地位。美國宇航局在開發宇宙飛船時稱這種傳感器為靈巧傳感器（Smart Sensor），在宇宙飛船上這種傳感器是非常重要的。我國在這方面的研究與開發還很落后，主要是因為我國半導體集成電路工藝水平有限。<BR> 傳感器的發展日新月異，特別是80年代人類由高度工業化進入信息時代以來，傳感器技術向更新、更高的技術發展。美國、日本等發達國家的傳感器技術發展較快，我國由于基礎薄弱，傳感器技術與這些發達國家相比有較大的差距。因此，我們應該加大對傳感器技術研究、開發的投入，使我國傳感器技術與外國差距縮短，促進我國儀器儀表工業和自化化技術的發展。 <BR> 信息來源： 中國自動化網 

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