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文檔簡介

1、電氣自動化技術專業(yè)摘要:隨著經(jīng)濟的發(fā)展,人們對防盜、防劫、防火保安設備的需 求量大大增加。針對偷盜、搶劫、火災、煤氣泄漏等事故進行檢 測和報警的系統(tǒng),其需求也越來越高。本設計是利用單片機對防 盜報警系統(tǒng)進行控制,為滿足學生宿舍具體到設計時,又分硬件 設計和軟件設計,硬件設計主要分兩大部分:單片機部分和檢測 部分。軟件設計分主程序設計和中斷子程序設計。在完成正文部 分后,主要工作就是要進行調(diào)試,為了實現(xiàn)設計預計現(xiàn)象,軟件 和硬件都要作必要的修改。關鍵詞:單片機;報警器;紅外線傳感器目錄緒論隨著人們生活水平的不斷提高,我國已經(jīng)成為奢侈品消費大 國,各種奢侈品已經(jīng)普遍進入了人們的生活。生活在高校宿舍

2、的 大學生們所擁有的貴重物品如筆記本電腦、Mp4、數(shù)碼相機等也 越來越多。一些不法分子利用學校沒有在學生宿舍安裝防盜系統(tǒng) 的漏洞,頻頻侵入大學生宿舍入室盜竊學生貴重財物,給不少同 學造成巨大財產(chǎn)損失,人們對此深惡痛絕。然而,現(xiàn)實的情況卻令大學生們感到沮喪:圖書館早已安裝 有比較成熟的防盜系統(tǒng),教學樓等其它地方雖也未安裝防盜系統(tǒng) 但那是沒有必要所致,唯有大學生宿舍這塊兒,學校出于種種現(xiàn) 實考慮,短期內(nèi)我們也看不到安裝的跡象。因此,本設計就是為了滿足現(xiàn)代宿舍防盜的需要而設計的電 子防盜系統(tǒng)。它在以前的防盜器基礎上進行了很大的改進,不但 可以用于單一,也可以規(guī)模用于比較大規(guī)模的防盜系統(tǒng),本系統(tǒng) 采用

3、了熱釋電紅外傳感器,它的制作簡單、成本低,安裝比較方 便,而且防盜性能比較穩(wěn)定,抗干擾能力強、靈敏度高、安全可 靠。這種防盜器安裝隱蔽,不易被盜賊發(fā)現(xiàn)。1項目方案設計項目概述宿舍樓共分為5層,每層為20個左右房間,每個房間面積 約為25平方米,主要分為一室一衛(wèi)一陽臺,沒有窗戶。由于沒 有窗戶,所以現(xiàn)主要是安裝在宿舍的主門上也就是進入宿舍的第 一扇門上。通過安裝此報警器可有效提高宿舍的安全系數(shù),保障 學生財產(chǎn)和人身安全。設計原則1、安全性更穩(wěn)定、可靠,防盜器安裝隱蔽,不易被盜賊發(fā)現(xiàn)。2、經(jīng)濟性該設計體積小,制作簡單、成本低,安裝比較方便價格低 廉,充分考慮了整體其經(jīng)濟性。3、先進性防盜性能比較穩(wěn)

4、定,抗干擾能力強、靈敏度高、安全可靠, 防盜入侵報警應能準確及時地探測入侵行為、發(fā)出報警信號 設計依據(jù)及規(guī)范1安全防范驗收規(guī)則GA/308-20012入侵報警技術要求GA/368-20013安全防范工程程序和要求GA/T75944安全方法工程程序要求GA/T75-945防盜報警控制其通用技術條件GB12663-20016民用電氣設計規(guī)范JGJ/T16927城市住宅建筑綜合布線系統(tǒng)工程設計規(guī)范CECS/1192000設計參數(shù)工作電壓:5V-12V蜂鳴器工作電壓:直流12V炫目燈工作電壓:12V時鐘晶振:20HZ報警響度:N70dB工作溫度:- 50C°+ 60C°設計目標一般

5、來說,學生普遍喜歡的防盜報警器具有高效、安全、可 靠、靈敏度高、價格低廉等特點。通常來講,犯罪分子入室偷盜 基本上是從門或窗進入的。但是由于宿舍只有前門還有陽臺,所 以不需要考慮不法分子會翻越陽臺,只需要在正門處安裝報警器 即可。目前市面上裝備主要有壓力觸發(fā)式防盜報警器、開關電子 防盜報警器和壓力遮光觸發(fā)式防盜報警器等各種報警器,但這幾 種比較常見的報警器都存在一些缺點:壓力觸發(fā)式防盜報警器由 于壓力板式安裝在墊子內(nèi),當主機停止工作,主人在家走動時, 都很容易失報和誤報,其可靠性低。(-)開關式電子防盜報警 器一般只有一個定點,有效范圍小,而且各種開關也易壞,失報 和誤報率就高,不可靠。(三)

6、遮光式觸發(fā)防盜報警器在受到太 陽光照射就會引起誤報,同時如果由于風吹窗簾的擺動等遮住了 光也會引起誤報,所以這種報警器的可靠性也不高。再者,就閉 路監(jiān)控電路防盜系統(tǒng)而言:它的安裝線路復雜,而且技術要求比 較高,價格也比較昂貴,不利于廣泛利用。因此,我從種類繁多的防盜報警器中選擇了熱釋電紅外門防 盜報警器。宿舍的門全部都是的門都是平開門,這種防盜報警器 安裝方便,可以安裝在開門的一邊和門框上面。其優(yōu)點是體積 小,隱蔽性較強,不易被人發(fā)現(xiàn),除了人們觀念中的高效、安 全、可靠、靈敏度高、價格低廉優(yōu)點之外,它還具有穩(wěn)定性好的 特點。作為安全防范系統(tǒng)的第一道防線,門報警器起著預警的作 用,它能及時地提醒

7、安防人員注意周圍環(huán)境的異常情況,報警器 的靈敏度的高低,極大程度地影響著盜竊率的高低。因此在安防 系統(tǒng)中,報警器有著舉足重輕的地位。門式報警器它不太受天氣 及環(huán)境溫度的影響,穩(wěn)定高效,可以進行全天候的監(jiān)測,盡最大 程度地保障人們的生命財產(chǎn)安全。通過安裝在門上的防盜報警 器,當有人從門或開門進入到屋內(nèi)時,門報警器被觸發(fā),發(fā)生報 警。在滿足用戶對功能、質(zhì)量、性能、價格和服務等各方面要求 的前提下,追求最優(yōu)化的系統(tǒng)設備配置,以盡量降低價格,實現(xiàn) 最佳的性能價格比。確定報警器方案防盜報警系統(tǒng)一般是由入侵探測器、防盜報警控制器和接警 中心(硬件加軟件)組成。它的最簡單形式是本地(家庭、單 位)報警系統(tǒng),

8、它的組成部分是入侵探測器和本地報警控制器, 以及聲光報警器。該系統(tǒng)設計方案有以下兩種:方案一:利用固定點電話聯(lián)網(wǎng)防盜報警系統(tǒng)來實現(xiàn)防盜報 警,該系統(tǒng)由編程主機、探測器、門磁和遙控器組成,一旦發(fā)生 警情,能把報警信息通過郵電通訊網(wǎng)絡瞬間遠程傳輸?shù)接脩粼O定 的固定電話上,同時向接警中心報告,中心聯(lián)網(wǎng)電腦可通過電子 地圖、數(shù)據(jù)庫、電腦語音提示、監(jiān)聽現(xiàn)場情況,顯示發(fā)生警情的 單位、地址、方位、發(fā)案時間、所轄派出所(巡邏大隊)經(jīng)歷分 布,及時調(diào)動警力做出快速處理。方案二:通過傳感器檢測安全隱患,把檢測結果送入單片 機,通過單片機控制報警燈和高音報警器的啟動。通過比較,本人覺得方案一的行程緩慢,需要大量的

9、電子設 備,需要外界的人力物力,因此可能無法在第一時間趕到案發(fā)現(xiàn) 場;相比之下,方案二則更加方便快捷,穩(wěn)定高效,能讓人快速 的接收到信息。固本設計選擇方案二。報警總體框圖2防盜報警器硬件電路設計電源電路設計電源電路如下圖所示,本系統(tǒng)采用L7805CV來做電壓芯片, 因為其輸出電流可達,可滿足本系統(tǒng)5V供電電壓圖報警電路的設計如下圖所示:高音報警電路選用12V的高音喇叭作為報警裝 置,使用SS8050大功率三極管做驅動電路,當SPK為高電平 時,三極管導通。反之則截至。本系統(tǒng)中經(jīng)過軟件設置使報警器 真實模擬了聲音頻率均勻拉高,還原、再拉高的過程。形成頻率 在976、1945Hz之間平滑遞增的聲音

10、效果。實現(xiàn)報警器聲音非常 逼真。圖如下圖所示:這里我們選用12V的炫目燈做燈光警示電路, 因炫目燈在正常工作狀態(tài)下電流比較大,所以這里我們選用使用 繼電器控制其開關的方案。這里我們照樣使用三極管驅動繼電器 工作。圖并聯(lián)在線圈的兩端的是續(xù)流二極管,線圈在通過電流時,會 在其兩端產(chǎn)生感應電動勢。當電流消失時,其感應電動勢會對電 路中的原件產(chǎn)生反向電壓。當反向電壓高于原件的反向擊穿電壓 時,會把原件如三極管,等造成損壞。續(xù)流二極管并聯(lián)在線兩 端,當流過線圈中的電流消失時,線圈產(chǎn)生的感應電動勢通過二 極管和線圈構成的回路做功而消耗掉。叢而保護了電路中的其它 原件的安全。在電路中反向并聯(lián)在繼電器或電感線

11、圈的兩端,當 電感線圈斷電時其兩端的電動勢并不是立即消失,此時殘余電動 勢通過一個二極管釋放,起這種作用的二極管叫續(xù)流二極管。熱釋電紅外傳感器輸出的檢測信號很小,僅ImV左右,頻率 為“10HZ,需經(jīng)高增益、低噪聲低頻放大器放大后,才能進一步 處理,一般來講,要求放大器的增益為60、70dB,帶寬“7HZ。放 大器的帶寬對可靠性和靈敏度有重要影響,帶寬窄,噪聲小誤動 作率低;帶寬寬,噪聲大,誤動作率高!如圖所示,本系統(tǒng)采用LM324中的兩個集成運算放大器構 成低頻帶通放大電路,LM324內(nèi)部集成了四個獨立的高增益運算 放大器,其電流小(典型值Is二),且與所加電源電壓的大小無 關,頻率補償及偏

12、置電流均采用了溫度補償措施,性能穩(wěn)定。采 用單電源供電。圖放大器要求:增益:6070DB帶寬:“7HZ工作原理:放大電路的電壓增益為:A=l+2nfR12C4/(l+2nfR7C4) (l+2nfR12C4)一般要求放大電路的增益為65Dbo電路的上下限截至頻率為:Fh=1/R12C7, Fl= 1/R7c4在單電源供電的情況下,外加電壓分壓器后,可保證運放輸 出電壓有較大的動態(tài)范圍。靜態(tài)下應將輸出端電位設在1/2處, 方法是:ICA外接R4、R10分壓器,將1/2VCC引至運放的同相 輸入端,這相當于將輸入偏置電壓墊高1/2VCC,從而使輸出電壓 的靜態(tài)電位定在"2VDD處。與IC

13、A一樣,ICB為了保證運放輸 出電壓有較大的動態(tài)范圍,同樣設置了分壓器。電壓比較器的作用是將一個模擬電壓與一個參考電壓相比 較。在二者幅度相等的附近,輸出電壓將產(chǎn)生越變。本系統(tǒng)應用 LM324剩余的兩個集成運算比較器構成一個雙限電壓比較器。如 圖所示。圖如下圖所示:本系統(tǒng)使用共陰極數(shù)碼管做為狀態(tài)顯示電路, 在正常無人非法闖入室內(nèi)時數(shù)碼管的DP點閃爍,若有人闖入數(shù) 碼管則顯示E來提示有人非法闖入。圖在這里,串聯(lián)的幾個470歐電阻是限流電阻。因為數(shù)碼管是 由發(fā)光二極管按照一定的順序排列制成的元件,每個發(fā)光二極管 的內(nèi)阻非常小,正常工作電流大致在10'25mA,如不串入限流保 護電阻,直接連

14、接很有可能瞬間燒壞數(shù)碼管。我們可以依公式來 計算出限流電阻的阻值:RR/I;其中U=5V, I=(1015) mA,可得 R二330'500歐。這里我們選用典型值470歐。10K電阻為上拉電 阻,以保證P0 口可以輸出高電平。如下圖所示,單片機的電源采用5V供電,時鐘電路也就是 振蕩電路采用晶振,向單片機提供一個正弦波信號作為基準, 決定單片機的執(zhí)行速度。圖中的電容起穩(wěn)定作用。其復位電路 采用混合復位電路,在上電的時候會自動復位,也可手動復 位。方便在單片機死機的時候進行重啟。圖報警器的設備選擇及清單熱釋電傳感器是利用紅外輻射與紅外測溫的原理來探測的, 紅外測溫屬非接觸式測溫,是測溫技

15、術中的主要手段,其特點是 測溫范圍廣,響應速度快和不明顯破壞被測對象溫度場,因而廣 泛應用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通等領域。非接觸紅外測溫有以下幾點優(yōu)點:(1)測量不干擾被測溫場,不影響溫場分布,從而具有較 高的測溫準確度。(2)測溫范圍寬。(3)探測器的響應時間短,反應速度快,易于快速與動態(tài) 測量。(4)不必接觸被測物體,操作方便。(5)可以確定微小目標的溫度。非接觸測溫技術的意義是顯而易見的。隨著工農(nóng)業(yè)、國防事 業(yè)、醫(yī)學的發(fā)展,對溫度測量越來越迫切。在某些場合,溫度測 量逐步上升為主要矛盾,引起了各方面的普遍重視。通常將電磁波譜間隔在1000即的區(qū)域稱為紅外光譜區(qū),紅 外傳感器是一種新型的傳感器,

16、能夠探測物體輻射的紅外線。熱釋電元件的工作原理是基于熱釋電效應,即在強電介質(zhì)溫 度變化酸的自然極化的存在,此時傳感器有電信號輸出,晶體 的這種性質(zhì)被稱為熱釋電極或熱釋電效應。有些熱釋電晶體,他 們的自發(fā)極化方向能用外電場來改變,這些晶體稱作熱釋電 鐵電體。為了使傳感器能夠長期穩(wěn)定地工作,提高靈敏度,增強 抗干擾能力,這里選用了 TGS晶體制作的雙型探測器。熱釋電紅外傳感器輸出的檢測信號很小。要經(jīng)過放大、比較 等幾個環(huán)節(jié)才能輸出控制信號。使電路執(zhí)行相關動作。熱釋電紅 外傳感器控制電路就是根據(jù)檢測信號的特點和輸出信號的要求, 完成上述功能的電路。本套系統(tǒng)采用通用原件構成熱釋電紅外傳 感器的控制系統(tǒng)

17、。下圖是控制電路的結構框圖:vi =低頻放大=比較整形=>圖LM324系列器件為價格便宜的帶有真差動輸入的四運算放大 器。與單電源應用場合的標準運算放大器相比,它們有一些顯著 優(yōu)點。該四放大器可以工作在低到伏或者高到32伏的電源下, 靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括 負電源,因而消除了在許多應用場合中采用外部偏置元件的必要 性。每一組運算放大器可用圖所示的符號來表示,它有5個引出 腳,其中為兩個信號輸入端,“V+”、“V為正、負電源 端,“V?!睘檩敵龆?。兩個信號輸入端中,Vi-(-)為反相輸入 端,表示運放輸出端V。的信號與該輸入端的位相反;Vi+ (+)

18、為同相輸入端,表示運放輸出端V。的信號與該輸入端的相位相 同。LM324的引腳排列見圖圖圖LM324的特點:L短路保護輸出2 .真差動輸入級3 .可單電源工作:3V-32V4 .低偏置電流:最大lOOnA5 .每封裝含四個運算放大器。6 .具有內(nèi)部補償?shù)墓δ堋? .共模范圍擴展到負電源8 .行業(yè)標準的引腳排列9 .輸入端具有靜電保護功能蜂鳴器俗稱喇叭,是廣泛應用于各種電子產(chǎn)品的一種元器 件,它用于提示、報警、音樂等許多應用場合。選用12V的高音 喇叭作為報警裝置,使用SS8050大功率三極管做驅動電路,當 SPK為高電平時,三極管導通。反之則截至。蜂鳴器的正極性的一端聯(lián)接到12V電源上面,另一

19、端聯(lián)接到 三極管的集電極,三極管的基級由一個I/O管腳來控制,I/O管 腳為低時,三極管截止,蜂鳴器不發(fā)出聲音。當I/O管腳位高電 平時,三極管導通,這樣蜂鳴器的電流形成回路,發(fā)出聲音。用 戶可以通過程序控制I/O管腳的置低和置高來使蜂鳴器發(fā)出聲音 和關閉。蜂鳴器的聲音大小及音調(diào)可以通過調(diào)整I/O管腳的置高 時間及輸出的波形進行控制,這一點可以在調(diào)試程序的時候來試 驗。表元器件名稱規(guī)格型號數(shù)量電阻68k, 2k, , 560Q各1個電阻,220k各2個電阻100k5個電阻470 Q8個電阻10k13個電容、47uF、 470uF> 22uF、 220uF各1個電容8個電容lOuF, 30

20、PF各2個單片機AT89C511個電源開關2個導線若干三極管SS80502個警報器SPK1個炫目燈1個傳感器熱釋紅外SD021個電壓芯片L7805CV1個放大器LM3244個二極管LN41481個狀態(tài)顯示器Dpy Red-CC1個電路板1000mm*350mm1個3報警器的軟件設計及程序主程序流程圖如下圖所示:在開機后,單片機首先進行初始化,將數(shù)碼管、高音警報器、炫目燈等外設關閉,同時將中斷總允許位、外 部中斷0允許位和定時計數(shù)器T1開啟,關閉外部中斷1允許位 和定時計數(shù)器T0。其中布防/撤防按鍵用來觸發(fā)外部中斷0,熱 釋電傳感器用來觸發(fā)外部中斷1,外部中斷1允許位的開啟與關 閉由外部中斷0來

21、控制。方便對報警器進行布防與撤防功能。定 時計數(shù)器T0用來控制高音報警器的發(fā)音頻率以使其發(fā)出逼真的 報警聲;定時計數(shù)器T1用作延時函數(shù)。初始化完成后,若無中 斷請求信號,系統(tǒng)則使數(shù)碼管的Dp小點閃爍。在柏初始化完成后,若布 中斷0,將外部中斷1允卻脛圖電第一次按下,則觸發(fā)外部也就是說現(xiàn)在單片機可以接收傳感器的信號并作出相應的動作,若傳感器感受到在檢測范圍內(nèi)有人活動,則將信號傳 管顯示E、同時炫目燈與I,觸發(fā)外部中斷1,使數(shù)碼DP點閃爍打開,實現(xiàn)聲光報警功能。中斷函數(shù)流程圖下圖、為中斷函數(shù)流程圖:設置報警感應距離,該報警器的感應距離在20mm之間,所以安 裝時安裝的感應距離最好是5mm。報警器還

22、要注意安裝高度,報 警器的安裝高度不是隨意的,不能安裝的太高,安裝在離地面2 米左右高度較好。報警器安裝的位置也要進行認真選擇考慮,位 置要相對隱秘,不宜面對玻璃,不宜正對冷熱通風口和冷熱源, 不然會引起報警器的誤報,帶來不必要的麻煩。報警器的調(diào)試在開機后,單片機首先進行初始化,將數(shù)碼管、高音警報 器、炫目燈等外設關閉,同時將中斷總允許位、外部中斷0允許 位和定時計數(shù)器T1開啟,關閉外部中斷1允許位和定時計數(shù)器 T0o其中布防/撤防按鍵用來觸發(fā)外部中斷0,熱釋電傳感器用 來觸發(fā)外部中斷1,外部中斷1允許位的開啟與關閉由外部中斷 。來控制。方便對報警器進行布防與撤防功能。定時計數(shù)器T0 用來控制

23、高音報警器的發(fā)音頻率以使其發(fā)出逼真的報警聲;定時 計數(shù)器T1用作延時函數(shù)。初始化完成后,若無中斷請求信號, 系統(tǒng)則使數(shù)碼管的Dp小點閃爍。初始化完成后,若布防/撤防按鍵第一次按下,則觸發(fā)外部 中斷0,將外部中斷1允許位打開,也就是說現(xiàn)在單片機可以接 收傳感器的信號并作出相應的動作,若傳感器感受到在檢測范圍 內(nèi)有人活動,則將信號傳輸給單片機,觸發(fā)外部中斷1,使數(shù)碼 管顯示E、同時炫目燈與高音報警器打開,實現(xiàn)聲光報警功能。5報警器的特點該報警器的最大特點就是使用戶能夠操作簡單、易懂、靈 活;且安裝方便、智能性高、誤報率低、安全可靠、價格低廉、 隱蔽性強、靈敏度高、抗干擾能力強等。由于紅外線具有隱蔽

24、 性,在學生宿舍門口的隱蔽處設計一束紅外線可以方便地檢測到 是否有人出入。當然,系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性也是追求的重 要指標。至于報警可采用聲光信號雖然本設計實現(xiàn)了防盜報警功 能,由于時間關系和水平有限,設計中存在著一些缺陷和不足, 還有待于在今后的進一步設計過程中不斷完善。隨著現(xiàn)代人們安 全意識的增強以及科學技術的快速發(fā)展,相信報警器必將在更廣 闊的領域得到更深層次的應用。結論本設計采用KeilC51開發(fā)系統(tǒng),完成了程序模塊規(guī)劃及各個 模塊的設計與編程,實現(xiàn)了對信號處理過程的編程和調(diào)試。它具 有電路簡單、功能齊全、性能齊全、性價比高等特點,是一種經(jīng) 濟、實用的宿舍防盜報警系統(tǒng)。本論文完成了軟

25、硬件主要功能模塊的設計,為進一步設計開 發(fā)及功能擴展打下了良好的基礎。整個系統(tǒng)主要由AT89C51芯 片、熱釋電傳感器、聲光報警、鍵控組成。性能好,工作穩(wěn)定, 非常適合防盜報警領域!由于時間關系和水平有限,設計中存在 著一些缺陷和不足,還有待于在今后的進一步設計過程中不斷完 善。口當然防盜報警監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)是一個實踐應用性很強的課 題,要使其產(chǎn)品化,能夠經(jīng)受住實際應用的嚴格考驗,還要進行 許多深入細致的工作。而且隨著科技水平的不斷提高,智能管理 系統(tǒng)必然會有不斷增長的要求。為了提高靈敏度,減少誤報率,可以采用攝像頭作為探測 頭,將采集到的信號進行圖像處理及判斷后再決定是否報警。如 果系統(tǒng)接收到

26、報警信號后,保安人員可以通過查詢報警記錄來確 定是否真有人經(jīng)過。隨著人們對生活質(zhì)量要求的不斷提高,智能 管理系統(tǒng)的功能也將日趨完善。在新的產(chǎn)品化的管理系統(tǒng)中,人 們將會越來越多的體驗到現(xiàn)代生活的氣息。致謝該課題是在我導師的悉心關懷和精心指導下完成的。他們嚴 肅的科學態(tài)度,嚴謹?shù)闹螌W精神,精益求精的工作作風,深深的 感染和激勵著我。從設計的開始到最終完成,我不僅學到了扎 實、寬廣的專業(yè)知識,也學到了許多做人的道理。在我的課題開 展過程中傾注著導師辛勤的汗水和心血。導師的為人師表、淵博 的知識、寬廣的胸懷讓我備受教益,在此謹向導師們致以誠摯的 謝意和崇高的敬意!通過本次畢業(yè)設計,我增強了理論與實踐結合的能力,設計過程 中遇到各種問題在指導老師的幫助下得以解決,鍛煉了我的意 志,更使我增強了信心。衷心感謝在我成長的路上指點幫助我的 老師們和朋友們;衷心感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯的各 位老師。參考文獻1吳政江.單片機控制紅外線防盜報警器.錦州師范學院學報.20012蘇海賓.電力電子技術.第一版.高等教育出版社.20043胡漢才.單片機原理及接口技術.清華大學出版社.20034趙輝.Protel 99電子線路CAD.北京郵電大學.20085高鵬,安濤.Protel 99入門與提高.人民郵電出版社.20006康華光.電子技術基礎.高等教育出版社.2

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