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文檔簡介
1、精品文檔1系統(tǒng)設(shè)計的目的意義1.1目的體溫是生命活動的一種表現(xiàn),是人體新陳代謝的一個重要生理參數(shù)。體溫既有生理學(xué)的意義,又有重要的臨床意義,是臨床診斷的一個重要指標(biāo)。因此體溫計在現(xiàn)在的生活中有極為重要的作用。傳統(tǒng)的水銀體溫計易破碎,存在水銀污染的可能,測量時間較長,不易讀數(shù),為此設(shè)計一種新型的體溫計,它的測量精度與傳統(tǒng)的水銀體溫計相媲美的情況下,大大地縮短了測量時間且攜帶方便,對環(huán)境幾乎沒有污染。它以AT89C51單片機(jī)為核心,結(jié)合溫度傳感器,LED模塊等外部設(shè)備,在軟件的控制下,實現(xiàn)智能化的體溫測量,不但能夠精確測溫,而且能夠?qū)囟冗M(jìn)行邏輯判斷,并且通過LED顯示器將測量結(jié)果顯示出來。若溫度
2、高于38攝氏度系統(tǒng)就會自動報警,這就意味著所測得的溫度異于人體正常溫度,引起人們注意。本設(shè)計的創(chuàng)新點在于,不僅完成了電子體溫計的要求,而且還增加了一個報警裝置。當(dāng)測量者的體溫高于人體正常體溫時,體溫計就會自動報警,人性化設(shè)計,為廣大客戶帶來方便。1.2 國內(nèi)外進(jìn)展情況中國電子體溫計行業(yè)最早起源于1998年,以每年高于30%的速度發(fā)展至今經(jīng)歷了十多年時間。高達(dá)數(shù)倍甚至十多倍的利潤空間、較低的政策壁壘和技術(shù)壁壘吸引了眾多企業(yè)進(jìn)入該行業(yè)。目前國內(nèi)涌現(xiàn)了大小80多家電子體溫計品牌,既有“歐姆龍”、“罌之侶”、“捷威”等行業(yè)領(lǐng)頭的外資品牌,也有“華辰”、“世佳”、“華安”、“康復(fù)”等迅速發(fā)展壯大的國內(nèi)品
3、牌。今后試圖進(jìn)去該行業(yè)的生產(chǎn)廠家將達(dá)到50多家。由于行業(yè)逐步規(guī)范和新一輪電子體溫計產(chǎn)品消費熱潮的興起,2009年以后,電子體溫計產(chǎn)品行業(yè)進(jìn)入了一個前所未有的高速發(fā)展時期,市場的快速發(fā)展孕育著巨大的商機(jī)。精品文檔1.3 設(shè)計思路本系統(tǒng)可以使用ISIS畫出原理圖,打開ISIS軟件,單擊命令窗口filenewdesign,創(chuàng)建一個default模板,保存名稱為“基于AT89C51單片機(jī)電子體溫計設(shè)計.DSN”。執(zhí)行菜單命令librarypickdevice/symbol,添加所需元件。本程序中可以使用DS18B20溫度傳感器,上面有“+”“-”可以模擬外界溫度變化。芯片選取74LS137,74LS3
4、73。在原理圖編輯窗口中放置元件,再單擊工具箱中的“原件終端”圖標(biāo),在對象選擇中單擊POWER和GROUND放置電源和地。放置好元件后,布好線。左鍵雙擊各元件,設(shè)置好相應(yīng)參數(shù),完成電路設(shè)計。設(shè)計的軟件部分在Keil中完成,具體操作步驟在后面仿真步驟中有詳細(xì)介紹,在此就不一一列出。精品文檔2系統(tǒng)分析2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計本系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)、DS18B20溫度采集模塊和LED顯示器共同實現(xiàn)。AT89C51集合了溫度傳感器、放大器、A/D轉(zhuǎn)換器三者的作用。其中AT89C51通過P1.0和DS18B20進(jìn)行單總線通信,啟動DS18B20溫度采集功能并取出轉(zhuǎn)化后的體溫數(shù)值,最后將體溫值顯示在外
5、接在P0口與P2口的四位共陰LED上。設(shè)計思路如圖2.1所示。圖2.1設(shè)計思路示意圖2.2 DS18B20基礎(chǔ)知識DS18B20是Dallas公司繼DS1820后推出的一種改進(jìn)型智能數(shù)字溫度傳感器,與傳統(tǒng)熱敏電阻相比,只需一根線就能直接讀出被測溫度,并可根據(jù)實際需求編程實現(xiàn)912位數(shù)字值的讀數(shù)方式。2.2.1 DS18B20的封裝形式及引腳功能DS18B20有三種封裝形式:(1)采用3引腳TO-92的封裝形式。(2)采用6引腳TSOC封裝形式。(3)采用8引腳SOIC封裝形式。DS18B20芯片的引腳功能如下:(1) GND:電源地。(2) DQ:數(shù)字信號輸入/輸出端。(3) VDD:外接供電
6、電源輸入端。采用寄生電源方式時,該引腳接地精品文檔2.2.2DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)溫度傳感器DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示,主要由64位ROM、溫度傳感器及高速緩存器配置寄存器等部分組成,如圖2.2所示。存儲與控制邏輯圖2.2DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖下面對DS18B20的相關(guān)部分進(jìn)行簡單的描述。(1)64位ROM。64位ROM是由廠家用激光刻錄一個64位的二進(jìn)制ROM代碼,是該芯片的標(biāo)志號,如圖2.3所示。8位循劃、冗余檢驗48位序列號8位分類編號(10H)MSBLSBMSBLSBMSBLSB圖2.364位RO師意圖8位分類編號表示產(chǎn)品分類編號,DS18B20的分類編號為10H;48號
7、序列號是一個大于281x1012的十進(jìn)數(shù)編碼,作為該芯片的唯一標(biāo)志代碼;8位循環(huán)冗余檢驗為前56位的CRC循環(huán)冗余校驗碼(CRC=X8+X5+X4+1)。由于每個芯片的64位ROM代碼不同,因此在單總線上能夠并掛多個DS18B20進(jìn)行多點溫度實時檢測。(2)溫度傳感器。溫度傳感器是DS18B20的核心部分,該功能部件可完成對溫度的測量。通過軟件編程可將-55+125攝氏度范圍內(nèi)的溫度值按9位、10位、11位、12位的轉(zhuǎn)換精度進(jìn)行量化,以上的轉(zhuǎn)換精度都包括一個符號位,因此對應(yīng)的溫度量化值分別為0.5、0.25、0.125、0.0625攝氏度,即最高轉(zhuǎn)換精度為0.0625攝氏度。芯片出廠時精品文檔
8、默認(rèn)為12位的轉(zhuǎn)換精度。當(dāng)接收到溫度轉(zhuǎn)換指令(44H)后,開始轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換完成后的溫度以16位帶符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補碼形式表示,存儲在高速緩存器RAM的第0、1字節(jié)中,二進(jìn)制數(shù)的前5位是符號位。如果測得的溫度大于0,這5位為0,只要將測到的數(shù)值乘上0.0625即可得到實際溫度;如果溫度小于0,這5位為1,測到的數(shù)值需要取反加1再乘上0.0625即可得到實際溫度。(3)高速緩存器。高速緩存器包括一個高速暫存器RAM和一個非易失性可電擦除E2PROM。非易失性可電擦除E2PROM用于存放高溫觸發(fā)器TH、低溫觸發(fā)器TL和配置寄存器中的信息。高速暫存器RAM是一個連續(xù)8字節(jié)的存儲器,前兩個字節(jié)是測得的溫度
9、信息,第1個字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低8位,第2個字節(jié)是溫度的高8位。第3個和第4個字節(jié)是高溫觸發(fā)器TH、低溫觸發(fā)器TL的易失性復(fù)制,第5個字節(jié)是配置寄存器的易失性復(fù)制,以上字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復(fù)位時被刷新。第6、7、8個字節(jié)用于暫時保留為1。(4)配置寄存器。配置寄存器的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。DS18B20工作時按此寄存器的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的數(shù)值,它是高速緩存器的第5個字節(jié),該字節(jié)定義如圖2.4所示。TMR0R111111圖2.4高速緩存器的第5個字節(jié)示意圖TM是測試模塊位,用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測試模式。在DS18B20出廠時,該位被設(shè)置為0,用戶不必改
10、動;R1和R0用來設(shè)置分辨率;其余5位均固定為1。DS18B20的分辨率設(shè)置如表2.1所示。表2.1DS18B20的分辨率設(shè)置R1R0分辨率最大轉(zhuǎn)換時間(ms)009位93.750110位187.51011位3751112位7502.2.3DS18B20的測溫原理DS18B20主要由斜率累加器、溫度系數(shù)振蕩器、減法計數(shù)器、溫度寄存器等部分組成。斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性,其輸出用于修正減法計數(shù)器的預(yù)精品文檔置值。溫度系數(shù)振蕩器用于產(chǎn)生減法計數(shù)脈沖信號,其中低溫度系數(shù)振蕩器受溫度的影響很小,用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器1;高溫度系數(shù)振蕩器受溫度的影響較大,隨溫度的變化
11、,其振蕩頻率明顯改變,產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器2的輸入脈沖。減法計數(shù)器對脈沖信號進(jìn)行減法計數(shù)。溫度寄存器暫存溫度數(shù)值。在圖中還隱含著計數(shù)門,當(dāng)計數(shù)門打開時,DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進(jìn)行計數(shù),從而完成溫度測量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器決定,每次測量前,首先將-55攝氏度多對應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計數(shù)器1和溫度寄存器中,減法計數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在-55攝氏度所對應(yīng)的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器1對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計數(shù),當(dāng)減法計數(shù)器1的預(yù)置值減到0時,溫度寄存器的值將加1。之后,減法計數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入,減法計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)振蕩
12、器產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計數(shù),如此循環(huán),直到減法計數(shù)器2計數(shù)到0時,停止溫度寄存器的值的累加。此時,溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。斜率累加器不斷補償和修正測溫過程中的非線性,只要計數(shù)門未關(guān)閉就重復(fù)上述過程,直至溫度寄存器的值達(dá)到被測溫度值。由于DS18B20是單總線芯片,在系統(tǒng)中若有多個單總線芯片,每個芯片的信息交換則是分時完成的,均有嚴(yán)格的讀/寫時序要求。系統(tǒng)對DS18B20的操作協(xié)議為:初始化DS18B20(發(fā)復(fù)位脈沖)一發(fā)ROM功能命令一發(fā)存儲器操作命令一處理數(shù)據(jù)。2.2.4DS18B20的ROMOr令(1) ReadROM命令彳t碼33H,允許主設(shè)備讀出DS18B20的64位二進(jìn)制ROM
13、代碼。該命令只適用于總線上存在單只DS18B20O(2) MatchROM命令代碼55H,若主線上有多個從設(shè)備,使用該命令可以選中某一制定的DS18B20,即可與64位二進(jìn)制ROM代碼完全匹配的DS18B20才能響應(yīng)其操作。(3) SkipROM命令代碼CCH,在啟動所有DS18B20轉(zhuǎn)換之前或系統(tǒng)只有一個DS18B20時,該命令將允許主設(shè)備不提供64位二進(jìn)制ROM代碼就使用寄存器操作命令。(4) SearchROM命令代碼F0H,當(dāng)系統(tǒng)初次啟動時,主設(shè)備可能不知總線上有多精品文檔少個從設(shè)備或者它們的ROM代碼,使用該命令可確定系統(tǒng)中的從設(shè)備個數(shù)及ROM代碼。(5) AlarmROM命令代碼E
14、CH,該命令用于鑒別和定位系統(tǒng)中超出程序設(shè)定的報警溫度值。(6) WriteScratchpad命令代碼4EH,允許主設(shè)備向DS18B20的寄存器寫入兩個字節(jié)的數(shù)據(jù),其中第一個字節(jié)寫入TH中,第二個字節(jié)寫入TL中??梢栽谌魏螘r刻發(fā)出復(fù)位命令中止數(shù)據(jù)的寫入。(7) ReadScratchpa時令彳t碼BEH,允許主設(shè)備讀取暫存器中的內(nèi)容。從第一個字節(jié)開始,直到CRC讀完第九個字節(jié)。也可以在任何時刻發(fā)出復(fù)位命令中止數(shù)據(jù)的讀取操作。(8) CopyScratchpad命令代碼48H,將高溫觸發(fā)器TH和低溫觸發(fā)器TL中的字節(jié)復(fù)制到非易失性E2PROM。若主機(jī)在該命令之后又發(fā)出讀操作,而DS18B20又
15、忙于將暫存器的內(nèi)容復(fù)制到E2PROM時,DS18B20就會輸出一個“0”。若復(fù)制結(jié)束,則DS18B20輸出一個“1”。如果使用寄生電源,則主設(shè)備發(fā)出該命令后,立即發(fā)出強上拉并至少保持10ms以上的時間。(9) ConvertT命令代碼44H,啟動一次溫度轉(zhuǎn)換。若主機(jī)在該命令之后又發(fā)出其他操作,而DS18B20又忙于溫度轉(zhuǎn)換,DS18B20就會輸出一個“0”。若轉(zhuǎn)換結(jié)束,則DS18B20輸出一個“1”。如果使用寄生電源,則主設(shè)備發(fā)出該命令之后,立即發(fā)出強上拉并至少保持500ms以上的時間。(10)RecallE2命令代碼B8H,將高溫觸發(fā)器TH和低溫觸發(fā)器TL中的字節(jié)從E2ROM中復(fù)制回到暫存器
16、中。該操作是在DS18B20上電時自動執(zhí)行,若執(zhí)行該命令后又發(fā)出讀操作,DS18B20會輸出溫度轉(zhuǎn)換忙標(biāo)志:0為忙,1完成。(11) ReadPowerSupply命令代碼B4H,主設(shè)備將該命令發(fā)給DS18B20后發(fā)出讀操作,DS18B20會返回它的電源使用模式:0為寄生電源,1為外部電源。2.3 74LS137基礎(chǔ)知識74LS137是一種3線一8線譯碼器/解調(diào)器,在三個地址輸入端都加有地址鎖存器。當(dāng)鎖存使能輸入是低電平時,電路就具有譯碼器/解調(diào)器的功能。當(dāng)鎖存使能輸入從低電精品文檔平轉(zhuǎn)換到高電平時,選擇輸入A、B和C中的地址便存儲在鎖存器中。只要鎖存使能輸入保持高電平,則可不再考慮地址的變化
17、。輸出使能控制控制著輸出狀態(tài),而不管選擇或鎖存使能狀態(tài)如何,除非一個輸出是高一個輸出是低,則所有輸出全是高。2.4 74LS373基礎(chǔ)知識引腳功能:(1) 1D8D:8位數(shù)據(jù)輸入端(2) OE:三態(tài)允許控制端(低電平有效)(3) LE:鎖存允許端(4) 1Q8Q:8位數(shù)據(jù)輸出鎖存端74LS373的輸出端D0D7可直接與總線相連。當(dāng)三態(tài)允許控制端/OE為低電平時,Q0Q7為正常邏輯狀態(tài),可用來驅(qū)動負(fù)載或總線。當(dāng)OE為高電平時,Q0Q7呈高阻態(tài),即不驅(qū)動總線,也不為總線的負(fù)載,但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。當(dāng)鎖存器允許端LE為高電平時,Q隨數(shù)據(jù)D而變;當(dāng)LE為低電平時,D被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平
18、。LE端施密特觸發(fā)器的輸入滯后作用,使交流和直流噪聲抗擾度被改善400mv2.5 原理圖設(shè)計本設(shè)計以AT89C5俾片機(jī)為核心,溫度傳感器給出相應(yīng)的溫度值,通過總線發(fā)送到芯片上,在LED顯示屏上顯示溫度傳感器上的溫度。當(dāng)溫度高于38攝氏度時,在顯示出溫度的同時,蜂鳴器發(fā)出警報聲。所需原件如表5.1所示。表2.2電子體溫計所用的元件單片機(jī)AT89C51瓷片電容CAP30PF麥克風(fēng)SOUNDER電解電容CAP-ELEC晶振CRYSTAL12MHz三極管2N2905電阻RES滑動變阻器POT-LIN溫度傳感器DS18B20芯片74LS373芯片74LS137顯示屏7SEG-MPX4-CC精品文檔原理圖
19、如圖2.5所示圖2.5原理圖示意圖精品文檔3軟件設(shè)計3.1 流程圖設(shè)計通過對系統(tǒng)的分析,我們可以對本設(shè)計有個大體的了解。如想得到溫度,必須得先對DS18B20進(jìn)行初始化處理。啟動定時器,設(shè)置延時,并開中斷,判斷經(jīng)過多長時間。若是沒經(jīng)過1.112ms,要對其繼續(xù)判斷是否是第一次采集溫度,如果是的話那就返回繼續(xù)判斷經(jīng)過1.112ms;如果不是那就將上次采集的溫度返回判斷經(jīng)過1.112ms以上判斷是采集溫度并判斷延時時間。如果經(jīng)過1.112ms,那么程序繼續(xù)執(zhí)行,關(guān)中斷并令TR0=0,采集剛才的溫度,保存并在LED顯示屏上顯示出來。此時再判斷如果溫度高于38攝氏度,那么蜂鳴器報警;如果低于這個溫度程
20、序則不報警,等待下次測量或者結(jié)束測量。根據(jù)以上分析,我們可以畫出流程圖如圖6.1所示。精品文檔圖6.1流程圖示意圖精品文檔3.2 源程序設(shè)計根據(jù)以上的分析,我們可以寫出程序如下:/*/*顯示內(nèi)容:利用18B20單線溫度檢測的應(yīng)用程序然后在數(shù)碼管可以顯示XX.XC,C表示攝氏度*/*/#include<reg51.h>#include<math.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint/*/*定義端口*/*/sbitseg1=P0A0;sbitseg2=P0A1;sb
21、itseg3=P0A2;sbitDQ=P3A6;DS18B20端口sbitbeep=P2A0;/轡報sfrdataled=0x90;/顯示數(shù)據(jù)端口P1/*/*全局變量*/*/uinttemp;ucharflag_get,count,num,minute,second;ucharcodetab=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;/七段數(shù)碼管共陰ucharstr6;精品文檔/*函數(shù)聲明*/*/voiddelay1(ucharMS);unsignedintReadTemperature(void);voidInit_DS18B20(v
22、oid);unsignedcharReadOneChar(void);voidWriteOneChar(unsignedchardat);voiddelay(unsignedinti);/*/*主函數(shù)*/*/voidmain()unsignedcharTempH,TempL;TMOD|=0x01;/定時器設(shè)置TH0=0xef;TL0=0xf0;IE=0x82;TR0=1;P0=0x00;count=0;while(1)str5=0x39;/顯示C符號str1=tabTempH/100;/百位溫度str2=tab(TempH%100)/10;/十位溫度str3=tab(TempH%100)%10
23、|0x80;/個位溫度,帶小數(shù)點精品文檔str4=tabTempL;if(TempH%100)/10=3&&(TempH%100)%10>=5&&TempL>0|(TempH%100)/10=3&&(TempH%100)%10<8)beep=1;elsebeep=0;/溫度高于38攝氏度就報警if(flag_get=1)/定時讀取當(dāng)前溫度temp=ReadTemperature();if(temp&0x8000)str0=0x40;/符號標(biāo)志temp=temp;/取反力口1temp+=1;elsestr0=0;TempH
24、=temp>>4;TempL=temp&0x0f;TempL=TempL*6/10;/小數(shù)近似處理flag_get=0;/*/*定時器中斷*/*/*voidtim(void)interrupt1using1/中斷,用于數(shù)碼管掃描和溫度檢測間隔精品文檔(TH0=0xef;/定時器重裝值TL0=0xf0;num+;if(num=50)num=0;flag_get=1;/標(biāo)志位有效second+;if(second>=60)second=0;minute+;count+;if(count=1)P0=0;dataled=str0;/數(shù)碼管掃描if(count=2)P0=1;d
25、ataled=str1;if(count=3)P0=2;dataled=str2;if(count=4)P0=3;dataled=str3;if(count=5)P0=4;精品文檔dataled=str4;if(count=6)P0=5;dataled=str5;count=0;/*/*延時函數(shù)*/*/voiddelay(unsignedinti)/延時函數(shù)while(i-);/*/*初始化*/*/voidInit_DS18B20(void)unsignedcharx=0;DQ=1;/DQ復(fù)位delay(8);/稍作延時DQ=0;/單片機(jī)將DQ拉低delay(80);/大于480usDQ=1;
26、/拉高總線delay(10);x=DQ;/稍作延時后,如果x=0,則初始化成功;如果x=1,則初始化失敗delay(5);精品文檔/*/*讀一個字節(jié)*/*/unsignedcharReadOneChar(void)unsignedchari=0;unsignedchardat=0;for(i=8;i>0;i-)DQ=0;/給脈沖信號dat>>=1;DQ=1;/給脈沖信號if(DQ)dat|=0x80;delay(5);return(dat);/*/*寫一個字節(jié)*/*/voidWriteOneChar(unsignedchardat)unsignedchari=0;for(i=
27、8;i>0;i-)DQ=0;DQ=dat&0x01;精品文檔delay(5);DQ=1;dat>>=1;)delay(5);)/*/*讀取溫度*/*/unsignedintReadTemperature(void)(unsignedchara=0;unsignedintb=0;unsignedintt=0;Init_DS18B20();WriteOneChar(0xcc);/跳過讀序號列號的操作WriteOneChar(0x44);/啟動溫度轉(zhuǎn)換delay(200);Init_DS18B20();WriteOneChar(0xcc);/跳過讀序號列號的操作WriteO
28、neChar(0xbe);/W取溫度寄存器等(共可讀9個寄存器)前兩個就是溫度a=ReadOneChar();/氐位b=ReadOneChar();/高位b<<=8;t=a+b;return(t);精品文檔4系統(tǒng)仿真調(diào)試4.1 程序調(diào)試與運行打開keil程序,執(zhí)行菜單命令projectnewproject創(chuàng)建“基于AT89C51單片機(jī)電子體溫計設(shè)計”項目,并選擇單片機(jī)型號為AT89C51。執(zhí)行菜單命令filenew創(chuàng)建文件,輸入上述C程序,保存為“基于AT89C51單片機(jī)電子體溫計設(shè)計.C"。在project欄的file管理窗口中右擊文件組,選擇“addfiletogro
29、up'sourcegroupr",將源程序添加到項目中。執(zhí)行菜單命令projectopinionsfortarget'target1',在彈出的對話框中選擇output選項卡,選中createhexfile。在debug選項卡中,選中use:proteusVSMsimulator。執(zhí)行菜單命令projectbuildtarget:,編譯源程序,如果編譯成功,則在outputwindow窗口中顯示沒有錯誤,并創(chuàng)建了“基于AT89C51單片機(jī)電子體溫計設(shè)計.HEX”文件。在已繪制好的原理圖proteusisis菜單欄中,執(zhí)行菜單命令debuguseremotedebugmonitor將該項選中,是proteus與keil真正連接起來,使它們聯(lián)合調(diào)試。在keil中執(zhí)行菜單命令debugstart/stopdebugsession進(jìn)彳Tkeil調(diào)試環(huán)境。同時在proteusisis
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