CN103365225A - 传感器系统、传感器模块识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及传感器系统以及传感器模块识别方法。所述传感器系统能够在不使传感器模块的连接位置固定化的条件下，个别地对被有线连接的传感器模块进行识别。所述传感器系统包括：多个传感器模块（20-1～20-N），其分别具有固有的ID；连接部（50），其对所述传感器模块进行连接，且具备多个被分配有固有的地址的端口（52-1～52-M）；电压产生部（60），其针对每个所述地址而产生不同的电压，并向所述传感器模块中的每一个供给所述电压；控制单元（30），其通过所述连接部而与所述传感器模块进行通信，所述传感器模块根据来自所述电压产生部的所述电压，而对所述端口的所述地址进行判断，并将检测出的预定的物理量以及所述固有的ID发送到所述控制单元。
Description
技术领域
本发明涉及传感器系统、传感器模块识别方法等。
背景技术
在例如对多个传感器模块这样的装置进行连接而使用的系统中，存在必须将各个装置连接在特定的位置上的情况。此时，因人为的错误可能会产生误连接。在弄错连接的情况下，会产生例如检测到的数据不正确的这种问题。
为了防止误连接，具有在这样的系统中进行以无线方式实现的连接的情况。但是，系统的成本将增大，且消耗电量也会增加。
因此，提出了一种如下的系统，其通过在进行以有线方式实现的连接的同时，具备对连接状态进行识别的功能，从而能够防止误连接。例如，专利文献1中的发明通过使所有的装置都具备连接识别用端子，从而能够对连接状态进行表示。
在此，在这样的系统中，有时会对多个相同种类的装置进行连接而使用。在专利文献1的发明中，在表示装置类别的ID的固定部分相同的情况下，通过对ID的可变部分分配个别的编号，从而能够避免混淆，且能够实现相同种类的装置的使用。
但是，在该方法中，每次重新进行连接时个别的编号（ID的可变部分）都会发生变动，从而无法确定哪个装置被连接于哪里。例如，装置为具有个体差异的传感器模块，则有必要个别地实施补正。此时，若系统中存在相同种类的传感器模块，则无法正确地实施补正。
专利文献1：日本特开2001-95748号公报。
发明内容
本发明是鉴于这样的问题点而被完成的发明。根据本发明的几种方式，能够提供一种可在不对传感器模块的连接位置进行固定化的条件下，个别地对被有线连接的传感器模块进行识别的传感器系统。
（1）本发明为一种传感器系统，包括：多个传感器模块，其分别具有固有的ID；连接部，其具备多个被分配有固有的地址的端口，并将所述传感器模块连接在各个该端口上；电压产生部，其针对每个所述地址而产生不同的电压，并向所述多个传感器模块中的每一个供给所述电压；控制单元，其通过所述连接部而与所述传感器模块进行通信，所述传感器模块根据来自所述电压产生部的所述电压而对所述端口的所述地址进行判断，并将检测出的物理量以及所述固有的ID发送到所述控制单元。
在本发明的传感器系统中，将传感器模块连接于连接部的端口而使用。此时，传感器模块与端口的连接不是固定的，而是将某一个传感器元件连接于多个端口中的哪一个上均可。在此，被连接在端口上的传感器模块通过从电压产生部接受与该端口的地址相对应的电压，从而能够判断出被连接在哪个地址的端口上。而且，在例如从控制单元传来对该端口的地址进行了指定的发送指示时，将自身的ID与检测到的物理量的数据一起发送。因此，控制单元能够掌握哪个传感器模块被连接在哪个端口上。
在此，连接部所包含的端口为以有线方式实现通信的端口。因此，不会产生如进行无线通信时的这种成本和消耗电力的增大的问题。以有线方式而实现的通信虽然能够采用例如UART或者I2C这种方式，但是并不限定于特定的方式。
传感器模块在被连接在端口上时，将从电压产生部接受与该端口的地址相对应的电压。传感器模块仅增加一个用于接受电压的输入端子，而不像专利文献1的发明那样，需要进行双向通信的连接识别用端子和用于此的专用电缆。电压产生部可以包含在连接部中，也可以与连接部分别设置。
另外，由于没有对传感器模块的连接位置进行固定化，因此在某一个传感器模块发生了故障时，能够立即更换为相同种类的传感器模块。即，能够实现作为系统的稳定动作。
而且，由于控制单元掌握了哪个传感器模块与哪个端口相连接，因此还能够执行例如与个别的传感器模块相对应的适当的补正。
（2）在该传感器系统中，也可以采用如下方式，即，所述控制单元包括向所述电压产生部供给基准电压的基准电压产生部，所述电压产生部通过对所述基准电压进行电阻分割，从而产生与所述地址相对应的相互不同的电压。
（3）在该传感器系统中，也可以采用如下方式，即，在所述传感器系统中，所述电压产生部包括多个梯形电阻电路，所述梯形电阻电路中串联连接有电阻元件，并且，以通过对所述基准电压进行电阻分割而得到的全部的电压相互不同的方式，来决定所述电阻元件的电阻值。
（4）在该传感器系统中，也可以采用如下方式，即，所述传感器模块在对所述物理量进行检测前，通过所述连接部而从所述控制单元接受所述基准电压以及所述端口的数目的信息。
根据这些发明，电压产生部通过对基准电压进行电阻分割，从而产生与端口的地址相对应的相互不同的电压。此时，由于通过串联连接有电阻元件的梯形电阻电路，从而能够产生相互不同的电压，因此能够抑制电路规模的增大。
在此，电压产生部所包含的梯形电阻电路可以为多个。此时，在端口物理性分离的情况下，也能够在不用引出配线的条件下构筑传感器系统。
此外，当梯形电阻电路仅由基本电阻元件、和基本电阻元件的电阻值的整数倍的电阻元件构成时，传感器模块能够通过获得基准电压以及连接部所包含的端口的数目的信息，从而通过简单的计算来掌握端口的地址与电压之间的关系。因此，能够构筑与基准电压的变动和端口数目的增减相对应的灵活的传感器系统。
（5）在该传感器系统中，也可以采用如下方式，即，所述传感器模块包括加速度传感器以及角速度传感器中的至少一方。
根据本发明，传感器模块也可以包括加速度传感器以及角速度传感器中的至少一方。此时，在传感器系统中，由于个别地识别出所连接的传感器模块，因此能够个别地实施适当的补正。因此，能够检测正确的加速度、角速度。
（6）本发明为一种传感器模块识别方法，包括：被连接在端口上的具有固有的ID的传感器模块对所述端口的地址进行判断的步骤；所述传感器模块将检测出的物理量以及所述固有的ID发送到控制单元的步骤。
在本发明的传感器模块识别方法中，被连接在端口中的一个上的传感器模块从例如电压产生部接受与该端口的地址相对应的电压，并对该端口的地址进行判断。
而且，传感器模块在例如从控制单元发出对该端口的地址进行了指定的发送指示时，发送检测到的物理量和自身的固有的ID。此时，控制单元能够对应于端口的地址而判断出哪个传感器被进行了连接。
在本发明的传感器模块识别方法中，能够在不用对传感器模块的连接位置进行固定化的条件下，对被有线连接的传感器模块个别地进行识别。
附图说明
图1为本实施方式的传感器系统的框图。
图2为本实施方式的传感器模块的框图。
图3（A）～图3（B）为对现有示例的连接状态和指令进行说明的图。
图4（A）～图4（B）为对本实施方式的连接方式和指令进行说明的图。
图5为对本实施方式的电压产生部的结构例进行说明的图。
图6为对具备传感器系统的衣服进行说明的图。
图7为对电压产生部的其他的结构例进行说明的图。
图8为表示本实施方式的传感器模块的控制的流程图。
具体实施方式
以下，利用附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。另外，以下所说明的实施方式并非为对权利要求的范围所记载的本发明的内容进行不当限定的方式。此外，并非下文中所说明的全部结构均为本发明的必要结构要件。
1.传感器系统的结构
图1为，一个优选实施方式的传感器系统10的框图。如图1所示，本实施方式的传感器系统10被构成为，包括N个传感器模块20-1～20-N、控制单元30、连接部50以及电压产生部60。
控制单元30包括CPU32、通信部34、以及基准电压产生部36。此外，连接部50包括端口52-1～52-M，所述端口52-1～52-M用于将传感器模块20-1～20-N中的最大M个传感器模块进行连接。另外，M、N以及后述的J为自然数，在以下的说明中，只要没有特别说明，则存在J≤M≤N的关系。
在图1中，传感器模块20-1～20-N的括号内的数字为各自固有的ID。此外，端口52-1～52-M的括号内的数字为被分别分配的固有的地址。另外，这些ID和地址并不限定于这种连续的数字，只要不重复，则可以为不连续的数字、文字或这些的组合。例如，作为传感器模块20-1～20-N所固有的ID，可以使用传感器模块20-1～20-N的各自的制造序列号等。
将N个传感器模块20-1～20-N设定为，其全部或一部分为相同种类的传感器模块。在本实施方式中，全部为相同种类的传感器，并且关于其结构将在后文中进行叙述。
而且，端口52-1～52-M与传感器模块20-1～20-N之间的连接不是固定的。例如在图1中，ID为1的传感器模块20-1被连接在地址为2的端口52-2上。该传感器模块20-1既可以被连接在端口52-1上，也可以被连接在端口52-M上。
控制单元30包括由其CPU32进行控制的通信部34，并且与经由端口52-1～52-M而被连接的传感器模块20-1～20-N进行通信。此处的通信为以有线方式实现的通信，例如可以为UART或者I2C这种方式。
相对于传感器模块20-1～20-N而被输入输出的信号120-1～120-N经由端口52-1～52-N而相对于通信部34被输入输出。在此，与通信部34实施通信的仅为N个传感器模块20-1～20-N中被连接在端口52-1～52-M上的传感器模块。
虽然将在后文中进行详细叙述，但是控制单元30对传感器模块20-1～20-N实施指定了端口地址的发送指示，并且能够根据其响应中所包含的ID而对所连接的传感器模块进行确定。因此，虽然端口52-1～52-M与传感器模块20-1～20-M之间的连接不是固定的，但是控制单元30能够掌握连接有哪个传感器模块。
控制单元30接受例如所连接的传感器模块所检测到的预定的物理量。此时，由于掌握了该传感器模块的ID，因此还能够适当地对由于例如传感器模块的个体差异而产生的误差进行补正。另外，控制单元30也可以通过通信部34或其他的通信单元（图示之外），而向传感器系统10的外部的设备发送所获得的补正后的数据。
在此，被连接在端口52-1～52-M上的传感器模块如果没有掌握端口的地址，则无法对来自控制单元30的指定了端口地址的发送指示做出响应。
在本实施方式中，电压产生部60产生与端口的地址1、2…、M相对应的相互不同的电压Ｖ1、Ｖ2、…、ＶＭ。本实施方式的电压产生部60通过如图1所示对由CPU32控制的基准电压产生部36所生成的基准电压进行电阻分割，从而产生这些电压。因此，可以通过简单的电路来实现，并且电路规模也不会增大。
这些电压Ｖ1、Ｖ2、…、ＶＭ作为图1中的信号160-1～160-M，而向被连接在相对应的地址的端口上的传感器模块供给。例如，端口52-1～52-M可以为具备多个进行电连接的管脚的结构，并且向其中的一个管脚分配与端口的地址相对应的电压。另外，连接部50中也可以包括电压产生部60。
在本实施方式中，CPU32使用通信部34，而将来自基准电压产生部36的基准电压、和端口52-1～52-M的数目（图1中为M）向所连接的传感器模块传送。在后文中会进行详细叙述，传感器模块能够通过简单的计算来对端口的地址进行判断。
2.传感器模块的结构
图2为，本实施方式的传感器模块20-1的框图。此处虽然对于传感器模块20-1进行了例示，但是在本实施方式中，关于传感器模块20-2～20-N也为相同的结构。另外，对与图1相同的要素标记相同的符号并省略说明。
传感器模块20-1包括CPU40、存储部41、加速度传感器42、角速度传感器43、通信部44、电压检测电路45。首先，对传感器模块20-1被连接于某端口上的情况进行说明。
与端口的地址相对应的模拟电压、即信号160-1被输入到电压检测电路45。此时，电压检测电路45例如包括AD转换器，并且为了使CPU40能够执行后述的电压判断处理，也可以转换成数字信号而进行输出。电压判断处理为，根据接受到的电压而对所连接的端口的地址进行判断的处理。另外，也可以采用如下方式，即，电压检测电路45从CPU40中取得所需的数据（未图示），并在电压检测电路45的内部执行电压判断处理，且仅将所连接的端口的地址向CPU40输出。此时，减轻了CPU40的处理负担。
CPU40将作为电压判断处理的结果而获得的、或者从电压检测电路45取得的地址存储于存储部41中。存储部41至少包括对地址进行存储的RAM。另外，存储部41除了包括RAM以外，还可以包括ROM、闪存（flash memory）等。在这些非易失性的存储器中存储有例如CPU的程序和传感器模块20-1的固有的ID。
接下来，对CPU40将来自控制单元（参照图1）的指令（指示）作为信号120-1而获取的情况进行说明。此时，CPU40对信号120-1中所包含的地址和存储于存储器41中的地址进行比较。而且，在地址一致时，实施对应于指令内容的动作。例如，如果为加速度或角速度的测定开始的指示，则使加速度传感器42、角速度传感器43进行测定。此外，如果指令为发送指示，则使加速度传感器42、角速度传感器43的测定结果和传感器模块20-1的固有的ID向通信部44发送。
此时，传感器模块20-1不需要获知其他的哪个传感器模块被连接在哪个位置处。例如，存在一种将特定的传感器模块连接在特定的端口上，以使连接固定化的方法（以下，为现有示例）。与该现有示例相比，传感器模块仅追加了一个用于获取与端口的地址相对应的电压的输入端子、和电压检测电路45。但是，无需对连接进行固定化，从而能够解决由于人为的错误而导致的误连接的问题。
另外，本实施方式的传感器模块20-1也可以为IMU（InertialMeasurement Unit：惯性姿态测量装置），所述IMU包括分别被设置在正交的3个轴上的三个加速度传感器42和三个角速度传感器43。而且，所包含的传感器的数量和种类并不限定于此，还可以包括磁传感器，温度传感器，气压传感器等。
3.传感器模块的连接
在此，在本实施方式中对传感器模块与端口的连接不为固定的方式进行了叙述，下面对几个连接的示例与现有示例进行比较来进行说明。
作为能够个别地确定被连接在端口上的传感器模块的、系统的现有的方法，具有前文所述的现有示例。即，以将特定的传感器模块连接在特定的端口上的方式而规定的、对连接进行了固定化的方法。在现有示例中，如图3（A）所示，使端口的地址和传感器模块的ID以一对一的方式对应。通过这种连接的固定化，从而使控制单元（参照图1）能够掌握哪个传感器模块被连接在哪个端口上。
此时，控制单元使用图3（B）那样的指令，来要求对传感器模块所检测到的数据的发送。该指令由对检测到的数据的发送进行命令的代码、和对传感器模块进行指定的ID构成。另外，由于实施了连接的固定化，因此也可以使用端口的地址来取代指定传感器模块的ID。
但是，在现有示例中，在存在由于人为的错误而导致的误连接的情况下，控制单元不会注意到错误而是会继续进行处理。误连接例如在图3（A）的示例中是指，，将ID为3的传感器模块连接在地址为1的端口上的情况。因此，会产生例如未能恰当地实施补正，从而无法获得正确的数据的问题。
相对于此，图4(A)为本实施方式的传感器系统中的传感器模块的连接的示例。虽然也能够以与现有示例相同的方式而进行连接（示例1），但是还能够以示例2的方式，以端口的地址和传感器模块的ID无关的方式而进行连接。例如，ID为M的传感器模块根据在被连接于端口上时所获取的电压，而对该端口的地址（1）进行判断。
而且，控制单元（参照图1）使用图4（B）这种指令，来要求对传感器模块所检测到的数据的发送。该指令与现有示例（图3（B））不同，使用了端口的地址。当通过指令而被指定的地址为1时，ID为M的传感器模块对检测到的数据和作为ID的M进行发送。根据该响应，控制单元能够掌握地址为1的端口上连接有ID为M的传感器模块的情况，并执行例如适合于该传感器模块的补正。
此外，在图4（A）的示例2中，地址为2的端口上未连接有任何的传感器模块。此时，控制单元例如通过在依次改变端口的地址的同时执行图4（B）的指令，从而能够容易地确认出未连接。也就是说，当不存在来自传感器模块的响应时，能够判断为未连接。此时，可以采用如下方式，即，如果在下一个以后的地址（在图4（A）的示例中为地址3以后）处存在响应，则判断为连接错误，如果在下一个以后的所有的地址处都没有响应，则判断为使用者在有意地进行部分性的连接。
示例3为，设为M＜N时的一个连接例。例如对应于如下的情况，即，虽然将ID为2的传感器模块连接在地址为1的端口上，但是由于产生了故障，因此对相同种类且ID为N的传感器模块进行了连接的情况。即使在这种情况下，本实施方式的传感器系统也能够没有问题地进行动作。此外，控制单元能够掌握哪个传感器模块被连接在哪个端口上。
另外，传感器模块的ID也可以不与检测到的数据一起被发送。例如，在图4（B）的指令中，也可以存在具有仅使ID发送的代码、以取代对检测到的数据的发送进行命令的代码的指令（以下，称为ID发送指令）。而且，传感器模块也可以对ID发送指令做出响应，并仅对ID进行发送。
4.电压产生部的结构
图5为，对本实施方式的电压产生部60的一个结构例进行说明的图。另外，对与图1相同的要素标记相同的符号并省略说明。图5图示了将图1中的电压产生部60的R1、R2、…、RＭ全部设定为相同的电阻值RO的情况。此时，能够通过简单的计算而求出通过电压产生部60进行电阻分割而产生的、与端口的地址相对应的相互不同的电压。
如图5所示，利用电阻值RO的M个电阻元件，而对基准电压产生部36（参照图1）所生成的基准电压V1进行分割。于是，当设为J≤M时，与端口的地址J相对应的电压通过（M＋1－J）×V1／M来表示。另外，在下文中，将该式称为电压计算式。
因此，如果传感器模块可从控制单元获取基准电压V1和端口的数目M以作为事前信息,则能够根据从电压产生部60所获取到的电压,而通过电压计算式来求出地址J。
在此，图5的电压产生部60由一个梯形电阻电路构成。但是，当如图6那样端口左右物理性分离时，有时会优选为，配合端口而由多个（此处为两个）梯形电阻电路构成。在下文中，示出了如下的示例，即，使用单位电阻值RO的整数倍的电阻，从而即使对于由多个梯形电阻电路构成的电压产生部60也能够使用上述的电压计算式。
图6为如下的传感器系统，即，为了对人的臂部的动作进行检测，从而与左右的肩、肘、手腕对应地设置了端口52-1～52-6，并且将传感器模块连接在各个端口上而进行使用的传感器系统。该传感器系统被组装在衣服上。此时，优选为，控制单元30被配置于中央部分处，并且使由右手用的端口52-1～52-3构成的通信系统、和由左手用的端口52-4～52-6构成的通信系统物理性地分离成两个。
在此，在使用了图5的结构的电压产生部60的情况下，在使配线延伸至右手的手腕之后，折回至中央部，然后使配线延伸至左手的手腕。也就是说，会产生配线的较长的迂回，从而存在无法适当地对腕部的动作进行检测的可能性。在这样的情况下，可以使用图7的结构的电压产生部60。
图7的电压产生部60包括两个梯形电阻电路60A、60B，并且能够分别对应于由右手用的端口（地址1～3）构成的通信系统、由左手用的端口（地址4～6）构成的通信系统。
此时，如图7所示，配置了具有单位电阻值Ro的整数倍的电阻值的电阻元件，以使两个梯形电阻电路中输出电压进行的节点（引出信号160-1～160-6的节）各自相互不同。
例如，连接在被分配了地址2的端口上的传感器模块接受（5／6）Ｖ1的电压。这与电压计算式中设为M＝6、J＝2时的结果一致。此外，连接在被分配了地址4的端口上的传感器模块接受（3／6）Ｖ1的电压。这与电压计算式中设为M＝6、J＝4时的结果一致。
图7的结构的电压产生部60通过配合端口的物理性配置而包含多个梯形电阻电路，从而能够在使用与图5的情况相同的电压计算式的同时，避免配线的较长的迂回。
5.流程图
图8为，表示本实施方式的传感器系统的传感器模块的控制的流程图。具体而言，其表示图2的CPU40根据例如存储于存储部41中的程序而实施的控制。
传感器模块在被连接于端口上时，接受与端口的地址相对应的电压，并实施电压判断处理（S10）。电压判断处理为，根据接受到的电压而对所连接的端口的地址进行判断的处理。
而且，将地址存储于存储部41中（S12）。之后，等待来自控制单元的计测开始的指示（S20：否），计测在本实施方式中是指，对加速度或角速度进行检测。当存在计测开始的指示时（S20：是），对在命令中被指定了的端口的地址是否与自身所连接的端口的地址一致进行判断（S22）。当地址一致时（S22：是），开始进行计测（S24）。另外，在不一致的情况下，等待下一个指示（S22：否）。
传感器模块在实施了计测之后，等待来自控制单元的数据发送的指示（S30：否）。当存在数据发送的指示时（S30：是），对在指令中被指定了的端口的地址是否与自身所连接的端口的地址一致进行判断(S32)。当地址一致时（S32：是），将自身的固有ID与计测出的数据一起进行发送（S34）。另外，在不一致的情况下，等待下一个指示（S32:否）。
另外，传感器模块也可以在实施电压判断处理（S10）前，通过来自控制单元的信息传播，即在不指定特定的端口的地址的条件下，获取基准电压V1和端口的数目M。
此外，也可以在计测开始的指示（S20）之前，从控制单元发出仅发送ID的指示。此时，传感器模块在地址一致的情况下对自身的固有的ID进行发送。此时，控制单元能够对端口与传感器模块之间的连接状态进行检查。
如以上所述，根据本实施方式，能够提供一种在不对传感器模块的连接位置进行固定化的条件下，个别地对被有线连接的传感器模块进行识别的传感器系统。
6.其他
本发明包括与实施方式中所说明的结构实质上相同的结构（例如，功能、方法以及结果相同的结构，或者目的以及效果相同的结构）。此外，本发明包括对实施方式中所说明的结构的非本质的部分进行了置换后的结构。此外，本发明包括起到了与实施方式中所说明的结构相同的作用效果的结构或者能够实现相同目的的结构。此外，本发明包括在本实施方式中所说明的结构上附加了公知技术的结构。
符号说明
10 传感器系统；
20-1～20-N 传感器模块；
30 控制单元；
32 CPU；
34 通信部；
36 基准电压产生部；
40 CPU；
41 存储部；
42 加速度传感器；
43 角速度传感器；
44 通信部；
45 电压检测电路；
50 连接部；
52-1～52-M 端口；
60 电压产生部；
60A 梯形电阻电路；
60B 梯形电阻电路；
120-1～120-N 信号；
160-1～160-M 信号。
Claims (6)
1.一种传感器系统，包括：
多个传感器模块，其分别具有固有的ID；
连接部，其具备多个被分配有固有的地址的端口，并将所述传感器模块连接在各个该端口上；
电压产生部，其针对每个所述地址而产生不同的电压，并向所述多个传感器模块中的每一个供给所述电压；
控制单元，其通过所述连接部而与所述传感器模块进行通信，
所述传感器模块根据来自所述电压产生部的所述电压而对所述端口的所述地址进行判断，并将检测出的物理量以及所述固有的ID发送到所述控制单元。
2.如权利要求1所述的传感器系统，其中，
所述控制单元包括向所述电压产生部供给基准电压的基准电压产生部，
所述电压产生部通过对所述基准电压进行电阻分割，从而产生与所述地址相对应的相互不同的电压。
3.如权利要求2所述的传感器系统，其中，
所述电压产生部包括多个梯形电阻电路，所述梯形电阻电路中串联连接有电阻元件，
并且，以通过对所述基准电压进行电阻分割而得到的全部的电压相互不同的方式，来决定所述电阻元件的电阻值。
4.如权利要求1所述的传感器系统，其中，
所述传感器模块在对所述物理量进行检测前，通过所述连接部而从所述控制单元接受所述基准电压以及所述端口的数目的信息。
5.如权利要求1所述的传感器系统，其中，
所述传感器模块包括加速度传感器以及角速度传感器中的至少一方。
6.一种传感器模块识别方法，包括：
被连接在端口上的具有固有的ID的传感器模块对所述端口的地址进行判断的步骤；
所述传感器模块将检测出的物理量以及所述固有的ID发送到控制单元的步骤。
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