基于STM32的智能家电控制与报警系统.docx
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基于STM32的智能家电控制与报警系统.docx
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基于STM32的智能家电控制与报警系统
项目编号:
大学生创新科研基金课题
申请书
课题名称 智能家电控制与报警系统
课题申请人
所在院(部)
课题指导教师 职称
填表日期
填报说明
一、填写申请书之前,请先咨询指导教师,并查阅《安徽科技学院大学生创新课题管理办法(暂行)》及相关文件。
二、请实事求是、逐条、认真地填写申请书的各项内容。
表达应明确、严谨、简洁。
三、格式要求:
申报书中各项内容以Word文档格式填写,表格中的字体为小四,1.5倍行距;表格空间不足的,可以扩展;均用A4纸双面打印,于左侧装订成册。
四、正式申请时需提交一式二份申请书(要求一律用打印稿件,并且至少一份为原件),需指导教师和所在学院审查、签署意见并加盖印章。
五、页面右上角项目编号由科研处统一填写。
六、凡格式不符合要求的申请书,不予接收。
一、基本信息
项目名称
智能家电控制与报警系统
项目类别
B
A.科学研究类B.发明创造类C.设计策划类
申请人
姓名
项目来源
指导教师姓名、职称
课题组
主要成员
申请项目
金额
1300元
预定完成
时间
2016年4月1日
内容摘要(不得少于400字)
随着GSM网络和WIFI无线通信技术的发展和普及,它们已成为当今接入无线网络的主要标准。
考虑到现代人们对家电智能化的需求和家庭安全的要求。
本课题以利用无线网络控制家电和室内险情报警为研究对象。
基于ARM7STM32作为处理器,通过WIFI模块和GSM模块与手机连接。
实现对家电远程控制和室内险情及时通过网络推送到手机上的功能。
经调查和测试STM32在数据处理速度和稳定性上都是可靠的。
在当今GSM网络已基本覆盖每一个地方,此外还可以在WIFI信号覆盖区域接入因特网进行发送控制指令和接受相关信息,该系统通过一些传感器对室内情况的识别,通过继电器对家电进行控制。
手机向系统发送相应指令通过GSM模块或WIFI模块接受数据再传送给处理器对数据处理驱动外设作相应的响应。
本课题设计依据功能划分为主程序任务、图象采集任务,声光报警任务、短信报警任务和远程控制任务五项任务,并设置相应的优先级别。
该课题设计主要解决对家电的远程控制和入侵者、火灾检测并报警问题,对入侵者、火灾等险情图像采集存储问题。
二、项目论证
(一)申请理由(包括自身具备的知识、自己的特长、兴趣、已有的实践创新成果等,不得少于1000字,可附页)
一.具备的知识
通过一年对专业知识的学习,本课题研究小组成员已经具备基本的专业知识和很强的实践动手能力。
所掌握的知识如下。
基础的理论知识有:
C语言、单片机原理、模拟电子技术、数字电子技术、可编程控制器技术和微机原理与接口技术。
在电脑软件方面所掌握的知识有:
AltiumDesigner、Matlab和Proteus等仿真软件。
二.特长
每一位小组成员都具有良好的专业知识及专业技能,熟悉日常电气控制技术和常用的硬件。
1,.掌握可编程控制器的原理及应用和单片机原理,能应用STEP7-5.3等西门子编程调试软件。
熟悉数字电路和模拟电路知识,对整流和逆变等电力电子技术比较了解。
2.熟悉使用Office、Photoshop、等应用办公软件,能用C语言和汇编语言进行编程。
3.熟悉使用Protel、Proteus、AutoCAD、AltiumDesigner等专业软件。
熟悉使用MATLAB软件,能用MATLAB软件进行电路仿真。
语言能力:
英语四级,具有较强的听说读写能力。
4.普通话标准、流利,且具备较好的理解、书面与口头交流能力。
综合能力:
责任心强,有独立工作能力强,吃苦耐劳,有团队精神,具有良好的语言表达能力沟通能力.
5.勤奋好学,工作灵活细致认真有耐心,责任心强,具良好的客户服意识和团队合作精神。
三.兴趣
本小组成员在学校都是电子爱好者协会的会员,对电子方面的技术和产品都有浓厚的兴趣。
课下经常在实验室利用所学的专业知识做一些小项目,经过经常的实际操作,都具有较强的实践动手能力由于对电子方面有浓厚的兴趣,所以小组成员在课下自学了几个电路仿真软件、arm处理器和一些嵌入式方面的知识等。
针对这次大学生创新课题的申请小组成员都踊跃参加,抱着对提升能力、加深对专业知识的理解和培养对专业的兴趣特此申报大学生创新科研基金课题。
四.已有的实践创新成果
在已掌握的专业知识加上对电子制作浓厚的兴趣。
我们在课下经常到实验室搞一些电子创新小制作,作品如下。
基于51单片机方面的有:
超声波测距器、交通灯、数字时钟、温湿度测量仪、智能语音播报器等。
基于STM32方面的有:
智能小车、四轴飞行器等。
(二)立项依据:
本课题研究现状与趋势,理论意义与应用价值,创新点。
(三部分逐项填写,不得少于2000字,可附页)
一智能家电和报警系统的研究现状
1.智能家电和报警系统的研究现状1994年一家新加坡公司在国内销售的名为“万智能”的多媒体电脑大概算是国内第一个提及的智能家电的雏形,它通过电视卡,将电脑和电视结合起来,这是一种很不错的创意。
其后很长的一段时间内,智能家电的产品都没有太多的概念突破和产品突破,直到1998年,微软公司推出了“维纳斯”计划,才掀起了新一轮的高潮。
“维纳斯”是一种集成软硬件的机顶盒装置,它通过廉价的费用,使电视成为电脑的显示器,从而实现电脑的互联网应用功能。
但是由于机顶盒并不能适应国内市场的应用需要,虽然在微软的强大影响下,电脑厂商也拿出了积极配合的姿态,但在机顶盒装置热闹一阵之后,就趋于势微,并没有形成微软期望的市场规模。
但是在这一连串的市场运作之后,直接地影响了家用电脑的大规模普及。
而随着家用电脑的开始普及,家用电脑的应用迫切需要扩展。
在这个时候,长期观察IT行业的家电企业开始介入电脑制造业,海信、TCL、厦华等企业开始大规模地进入IT行业,在家电领域重量级厂商的影响下,智能家电的概念逐步清晰起来,智能家电的研究和开发出现了新的高潮。
二.未来趋势
智能家居网络的理想目标是:
不仅可以完成家庭内部各种设备资源的共享协同工作,还能通过三网融合(即广播电视网,电信网与互联网的融合),实现家庭内部设备与外部网络的信息交互,通过丰富多彩的应用和服务使用户享受到便利、安全、舒适的生活体验。
智能家居网络由两部分组成,即家庭自动化网络系统和家庭信息化网络系统,从而实现家居系统的四化:
家庭自动化、家电信息化、信息网络化、家政设施虚拟化。
国内外一些公司和企业已经针对这些问题推出了一系列的解决方案,但由于市场利益以及技术标准等问题的存在,这些方案仍停留在控制与互联层次,与真正的智能仍有很大的差距具有一定的局限性,且忽略了智能家居系统在社会信息高速公路中节点终端的位置,未解决此环境下真正的信息共享。
另外,家用电器生产商开发的智能家居仍是以自我为中心,设备对外不具备开放性的接口,协议也是封闭的。
这种智能家居网络不但没有真正实现设备之间的互通互联反而设置了更多的障碍。
现有的智能家居产品多数是以环境监测为主,辅以一些简单的设备控制,例如灯光、窗帘等设备,设备类型单一,整体结构较为简单,信息的处理多体现在监控上,没有高层次的数据分析与挖掘,信息的传输和融合方式显得单一,信息交互和表达方式缺少柔性,距离智能还有很大的差距。
另外,虽然世界上的诸多标准化组织以及公司已经推出了很多标准化协议,但事实上,还没有哪一种协议和标准在实际的推广中可以单独承担建立整个数字家庭网络的能力,未来我们看到的将是它们的有机结合。
五.智能家居和报警系统的创新点
1.由被动式检测逐步转为主动式探测。
也就是说,传统上的报警系统相当于一个防御网,只有当警情条件满足时,才会触发报警;现在结合智能系统,报警系统可以做到主动式查看、侦测周边环境或设定区域,在警情有发生倾向时,可预先报警或动作。
2.探测范围扩大,精度高,种类多。
相比于常见的红外探头、烟感探头,目前更多新型的传感器也接入系统中,如压力传感、光线传感、温度传感、水位传感等,扩充了物理层面的信息量。
3.传统报警系统,当警情出现时,通常采用声光报警,或者电话拨号的方式,这些已被大家熟悉,其劣势时,非授权陌生人触发报警后,反而会更加确定家中无人,在时间上存在作案条件,这是一种潜在威胁。
通知方式上
1.传统报警系统采用拨打预先设置的手机号码,通过语音服务来传送警情信息或远程撤防布防等动作。
2.目前,在上述基础上,可以给用户发送邮件,或发送多媒体短信息,信息内容还可包含详细的警情信息,和现场实时拍摄的图片。
让您更直观地了解事情进展。
功能范围上
1.预处理功能:
现在的安防报警系统不但可以告诉用户哪里有警情,有什么样的警情,而且还能让用户对现场做预处理动作。
比如,当燃气探测器检测到燃气泄露时,在及时传送警情信息的同时,还可以自行关闭燃气阀门,减少财产和生命损失。
2.操作方式多样化:
传统安防报警系统,通常采用布防/撤防键盘,或是遥控器操作。
随着信息技术的发展,目前操作安防系统,完全可以使用手中的手机、平板电脑或笔记本电脑来操作,更具便利和人性化,同时也增添了一些乐趣。
3.远程管理功能:
以前的远程管理更多地侧重于警情信息的向外传送,属于单项通信,目前您可以主动地随时地通过网络,实现远程的查看或操作。
比如在外地,可以把家中的门打开或关闭,通过网络摄像头实时查看家中情况,确保安全的同时,更带来家庭的温馨和呵护
(三)前期准备情况:
本单位所具备条件,查阅资料及主要参考文献(不得少于1000字,可附页)
传统家庭电气安装布局通常由强电配电箱、开关和插座构成。
开关和插座的安装数量根据灯具、风扇和家用电器要求进行配置。
而深安智能家庭网络系统在设计时分为以下几个部分来考虑:
安防监控、电话/手机远程控制以及计算机监控安防监控主要包含三个监控功能:
防盗、防火、防燃气泄漏,当然必须安装相应的传感器才能实现。
其中防盗报警功能,只要安装有双功能或三功能网络转发器的房间,不需额外安装传感器就能实现,当然也可在门窗的位置额外安装门磁、窗磁或红外幕帘传感器来防范。
实现防火报警功能,必须在相应房间安装有烟火报警传感器;同理,实现燃气泄漏报警功能,必须在相应位置安装有燃气泄漏报警传感器。
这些传感器用一条四芯双绞线就近连接到所在房间的智能开关传感器接口,每个智能开关可同时接入两种不同类型的传感器。
除此之外,仅需加装一个智能通讯控制器或再选装一个智能声音报警器即可。
1.通过电话/手机异地远程查询和开、关家庭网络中所有的灯具、电器;
2.通过计算机查询、设置和开、关家庭网络中所有的灯具、电器;
3.发生防盗、防火、防燃气泄漏报警时可联动灯光全亮或全闪、声音报警器出声,并且自动拨打用户设定的号码传送语音报警信息;
4.外出度假时,可设置成有人在家活动迹象以吓阻盗贼;
5.可以将某个智能开关设置成急救开关,按下就能即时拨号并传送语音紧急呼救信息。
无线智能防盗报警系统家居方案设计与配置
无线智能安全防范家庭网络系统包括:
安全防范网络组件、安全防范网络附件、安全防范网络通讯三部分。
其中:
1.安全防范网络组件:
各种智能开关、网络转发器、智能声音报警器、智能通讯控制器等四类产品。
它们直接与网络通讯连接。
2.安全防范网络附件:
系统电源、各种传感器、场景驱动器、红外遥控器、无线匙扣遥控器、电脑管理软件。
其中,人体移动(门磁、幕帘)传感器或烟气(燃气)传感器须与探测区域的智能无线/有线连接;场景驱动器须与场景开关连接。
3.安全防范网络通讯:
通讯是在现有的电信网络,GSM无线网络系统于接警者进行全面双向互动,实时了解安全防范网络系统工作状态。
无线智能安全防范家庭网络系统采用无线、有线及总线式的结构,主要由系统微处理模块、通讯模块和功能模块等三个基本部分组成。
(四)研究内容和提纲(不得少于3000字,可附页)
单片机诞生于1971年,经历了SCM、MCU、SoC三大阶段,早期的SCM单片机都是8位或4位的。
90年代后随着消费电子产品大发展,单片机技术得到了巨大提高。
随着INTELI960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用,32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位,并且进入主流市场。
当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用,大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。
而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的WIndows和LInux操作系统。
单片机具有以下优点:
1系统结构简单,使用方便,实现模块化;
2单片机可靠性高,可工作到10^6~10^7小时无故障;
3处理功能强,速度快。
4低电压,低功耗,便于生产便携式产品
5控制功能强
6环境适应能力强。
而且对于现在的时代单片机渗透到我们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。
家用电器广泛采用了单片机控制,从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备和白色家电等。
计算机的网络通讯与数据传输,工业自动化过程的实时控制和数据处理,广泛使用的各种智能IC卡,民用豪华轿车的安全保障系统,录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制,以及程控玩具、电子宠物等等,这些都离不开单片机。
更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。
某些专用单片机设计用于实现特定功能,从而在各种电路中进行模块化应用,而不要求使用人员了解其内部结构。
如音乐集成单片机,看似简单的功能,微缩在纯电子芯片中(有别于磁带机的原理),就需要复杂的类似于计算机的原理。
如:
音乐信号以数字的形式存于存储器中(类似于ROM),由微控制器读出,转化为模拟音乐电信号(类似于声卡)。
随着社会的进步,人们生活水平逐渐提高,对家庭财产及家居安全重视程度也不断提高。
在社会商品化进程中,由于社会体制转型而带来一些不稳定因素也在增进人们对家庭防盗报警器的需求,科技的普及进步,使得原来高贵神秘的防盗报警器开始走入寻常家庭。
而报警器功能上区分为三大部分:
探测部分、现场处理部分、后续处理部分。
防卫探头的种类主要有门磁、被动红外探测器、主动红外探测器、紧急按钮、烟感/火警探头、易燃气体探头等,这些部件构成了报警器的探测部分,具有现场音频报警和自动拨打预设电话语音报警功能的报警器主机及电话线、专用数据线则构成了现场处理部分、后续处理部分。
并且这些传感器恰好能够被单片机计算处理,然后预想通过GSM模块、WIFI模块、摄像头、压力传感器、温度传感器、光线传感器、单片机系统等等。
然后通过对单片机内部数据的更改实现模块与单片机的连接,通过单片机对不同事件的响应收发短信,让当使用着及时准确的了解到房屋的准确情况。
企业安装后也同样可以提高安全性能,防止在特殊情况下某些以外的发生。
单片机较大型的监控设备来说,识别灵敏,反映迅速,对电源的要求较小,而且这种设备可以做到更小,不易被外来者偷偷破坏,可以说一切尽在掌握之中。
GSM模块,是一个类似于手机的通讯模块,集成了手机的若干功能于一块小电路板上,它可以发送短消息,通话等等,模块虽小,但它具备了很多手机的功能,拥有它等于就是拥有了手机的核心部分了,它在很多应用领域中都有着广泛的应用,GSM模块通过使用AT指令才能控制它,模块可以与电脑RS232串口相连,也可以用单片机来进行控制。
用GSM控制门禁系统的电控锁,如果你需要进门,只要用手机拨打GSM模块内手机卡号,门就会自动打开,并且只有你设置的手机号码才能开门,而且没有任何费用产生。
此外,GSM模块在一些特殊应用领域也起到了非常大的作用,如:
主电源消
失、内存错误、散热风扇停机、燃油耗尽、有人入侵等各种信息,是无人机房监控的理想选择。
通过短信控制可以轻松实现远程打开电饭煲、热水器等家电,通过控制遥控器或切换到维修模式也能控制空调。
GSM短信模块的路灯监控系统。
现如今科技在进步TC35I模块、JB35GD模块、MC35II\TC35I等等也在不断的更新发展。
TC35I模块是一款支持中文短信息的工业级的新版GSM模块。
JB35GD模块可以直接驱动8路继电器,用短信遥控、短信定时遥控、DTMF遥控、振铃遥控来控制继电器的工作。
WIFI模块,WIfI模块是基于Uart接口的符合wIfI无线网络标准的嵌入式模块,内置无线网络协议IEEE802.11协议栈以及TCP/IP协议栈,能够实现用户串口或TTL电平数据到无线网络之间的转换。
如今智能家居行业火热,许多企业纷纷涉足智能家居领域,从而很多智能家居产品得以问世。
可以通过WIFI控制灯光、音乐、门窗、洗浴出水、控制电器等等。
由于WIFI的频段在世界范围内是无需任何电信运营执照的免费频段,因此WLAN无线设备提供了一个世界范围内可以使用的,费用极其低廉且数据带宽极高的无线空中接口。
用户可以在WIFI覆盖区域内快速浏览网页,随时随地接听拨打电话。
而其它一些基于WLAN的宽带数据应用,如流媒体、网络游戏等功能更是值得用户期待。
有了WIFI功能我们打长途电话(包括国际长途),浏览网页、收发电子邮件、音乐下载、数码照片传递等,再无需担心速度慢和花费高的问题。
WIFI在掌上设备上应用越来越广泛,而智能手机就是其中一份子。
与早前应用于手机上的蓝牙技术不同,WIFI具有更大的覆盖范围和更高的传输速率,因此WIFI手机成为了目前移动通信业界的时尚潮流。
现在WIFI的覆盖范围在国内越来越广泛了,高级宾馆,豪华住宅区,飞机场以及咖啡厅之类的区域都有WIFI接口。
当我们去旅游,办公时,就可以在这些场所使用我们的掌上设备尽情网上冲浪了。
WLAN是WIrelessLocalAreaNetwork(无线局域网)的缩写,它是一种基于802.11n/b/g/a标准,利用WIFI无线通信技术将PC等设备连接起来,构成可以互相通信、实现资源共享的网络。
近两年,市场上支持UMA(UnlIcensedMo-bIleAccess非授权移动接入)等技术,具备WLAN连接功能的智能手机越来越多。
它们除了可以借助GSM/CDMA移动通信网络通话外,还能在WIFI无线局域网覆盖的区域内,共享PC上网或VoIP通话。
下面,我们就以采用WIndowsMobIle操作系统的WIFI手机为例,为大家介绍手机如何通过WLAN上网。
为了能用手机躺在床上上网,开通GPRS。
无奈GPRS上网不但速度难以让人满意,资费也不便宜。
总不能为了懒而去买台笔记本电脑吧?
当然不用。
其实,只需一台无线路由器,我们就能让手机和PC共享宽带上网。
目前通过无线路由器或无线AP上网,已经成为很多上网用户的选择。
通过无线路由器、LAN或WLAN,PC可以轻松的利用ADSL、Cable、FTTX等宽带接入Internet。
WIFI手机通过无线路由器共享上网也非常方便,多数WIFI手机不需要做任何设置,在无线路由器的信号覆盖范围内,WIFI手机和无线路由器的默认设置下,WIFI手机就能自动获取IP地址进行无线连接,并利用手机自带的IE、MSN等软件无线上网。
这两年内,无线AP的数量呈迅猛的增长,无线网络的方便与高效使其能够得到迅速的普及。
除了在目前的一些公共地方有AP之外,国外已经有先例以无线标准来建设城域网,因此,WIFI的无线地位将会日益牢固。
WIFI是目前无线接入的主流标准,但是,WIFI会走多远呢?
在Intel的强力支持下,WIFI已经有了接班人。
它就是全面兼容现有WIFI的WIMAX,对比于WIFI的802.11X标准,WIMAX就是802.16x。
与前者相比,WIMAX具有更远的传输距离、更宽的频段选择以及更高的接入速度等等,预计会在未来几年间成为无线网络的一个主流标准,Intel计划将来采用该标准来建设无线广域网络。
这相比于现时的无线局域网或城域网,是质的变革,而且现有设备仍能得到支持,保护人们的每一分钱投资。
总而言之,家庭和小型办公网络用户对移动连接的需求是无线局域网市场增长的动力,虽然到目前为止,美国、日本等发达国家仍然是目前WIFI用户最多的地区,但随着电子商务和移动办公的进一
步普及,廉价的WIFI,必将成为那些随时需要进行网络连接用户的必然之选。
而正式WIFI的发展相信也会给单片机带来一次技术革命,通过单片机处理WIFI信息控制家用含有单片机的物件将WIFI、单片机和继电器有效的结合起来,有效的方便人们的生活。
通过单片机与WIFI联网,可以轻而易举的提前开灯,打开空调,而不用必须在家才能控制。
远程控制只不过与我们使用多年的遥控器相同,运行的载体不同而已。
再回到智能家电的范畴来讨论,一套完整的智能家居分析系统比远程遥控更能体现出智能的意义。
比如家中有几位客人到来,空调判断室内人数增加,会自动调整到对应的温度和工作频率,让客人感觉到舒适的温度。
再或者人离开房间之后,灯光和空调自动关闭;居民外出锁门之后窗户自动关闭且上锁;清晨太阳升起之后卧室窗帘自动闭合,遮挡会晒到床上的阳光等等。
这些操作过程中并没有通过手机,但这似乎是对家电智能化更好的诠释。
因此基于ARM7STM32作为处理器,利用WIFI模块和GSM模块与手机连接。
实现对家电远程控制和室内险情及时通过网络络推送到手机上将会拥有很好的发展空间。
(五)拟采取的研究方法和技术路线(不得少于1000字,可附页)
(1)专家会议法:
邀请科研教育和理论研究专家,指导本课题的研究工作。
(2)分析统计法:
对软件技术软件开发与项目管理方向近三年的毕业生基本情况进行分析统计,建立相关的材料档案。
(3)文献法:
从网络、媒体和书籍中搜集有关本专业教学的理论,制定相应的研究方案,计划和措施,指导研究工作的实施,提炼经验理论。
(4)个案研究法:
研究软件技术专业教学的共性和个性,找出问题和不足,进而找到普遍性的问题,针对性的开展研究,形成有指导性的经验和理论。
(5)行动研究法:
通过开展一系列有目的有意义的教研教改课,经验交流,专家培训指导等活动,对研究内容实施研究、探索、分析、综合,归纳总结,形成预期成果,达到相应的效果。
可行性分析:
项目主持人具备丰富的专业教学改革研究经验和能力,较好的科研能力,并在相关领域取得了一定的成果,先后主持和完成了相关项目17项,发表相关科研论文20篇,其中EI检索3篇,ISTP检索3篇。
本课题主要参加者平均有10年的教学经验和教学实践,良好的学术背景和研究经验,而且有合理的职务、专业和年龄组成结构。
项目申请者已查阅了大量国内外高校计算机专业教学教育的文献资料,理顺了研究思路和需要解决的关键问题。
此外,该项目符合我校软件学院的三年规划,符合我校2011年提出的“开放发展和特色发展”,推动课堂教学空间革命的特色建设,得到了学院的大力支助。
因此,该项目无论从理论上还是实验手段上均是可行的,同时,研究者本身在相关领域的研究基础较深,为项目的顺利完成提供了保障。
窗体底端
2技术路线:
运算器由运算部件——算术逻辑单元(Arithmetic&LogicalUnit,简称ALU)、累加器和寄存器等几部分组成。
ALU的作用是把传来的数据进行算术或逻辑运算,输入来源为两个8位数据,分别来自累加器和数据寄存器。
ALU能完成对这两个数据进行加、减、与、或、比较大小等操作,最后将结果存入累加器。
例如,两个数6和7相加,在相加之前,操作数6放在累加器中,7放在数据寄存器中,当执行加法指令时,ALU即把两个数相加并把结果13存入累加器,取代
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