CN107550462B - 一种睡眠监测电路及睡眠监测设备 - Google Patents

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Abstract

本发明属于睡眠监测技术领域，提供了一种睡眠监测电路及睡眠监测设备。本发明提供的睡眠监测电路，当电极贴片接入电源信号时，切换控制单元根据电源信号生成充电控制信号以控制充电单元进行充电管理；当电极贴片接入生物电信号时，指令获取单元从用户获取睡眠监测指令以触发使能单元生成监测切换信号，切换控制单元根据监测切换信号输出生物电信号至生物电信号拾取单元，使其从生物电信号中提取特征信息并输出至睡眠监控单元，睡眠监控单元根据特征信息生成人体睡眠监测结果。该电路结构简单，能实现睡眠监测功能与充电功能之间的切换，成本低；且电极贴片的引入使监测装置更轻便且更具防水功能，提高了使用寿命，同时避免了漏电触电事故的发生。

Description

一种睡眠监测电路及睡眠监测设备
技术领域
本发明属于睡眠监测技术领域，尤其涉及一种睡眠监测电路及睡眠监测设备。
背景技术
睡眠质量是影响身体健康的重要因素之一，因而越来越多的人开始重视自己的睡眠质量，由此市场上也涌现了越来越多的睡眠监测设备。
睡眠监测设备通常设置为适用于人体穿戴的产品，以便更贴合的测试人体的生物电信号。现有的睡眠监测设备一般同时设置有传统裸露式的充电插头(或者充电接口)和生物电信号采集端，以便在需要充电的情况下通过充电插头(或者充电接口)充电，在需要睡眠监测的时候通过采集端采集生物电信号，然而这样的设置一方面使得睡眠监测设备由于充电插头或充电接口开放式的裸露而不能防水，因此使装置潜在漏电或者破损的危险，降低设备的使用寿命，并且由于充电插头的存在使得睡眠监测设备不能满足用户便捷携带的要求，降低用户的产品体验。也有部分现有的睡眠监测设备采用无线充电的方式对睡眠监测设备进行充电，但是无线充电的设置极大地增加了睡眠监测设备的生产成本。
因此，现有的睡眠监测设备存在不能防水、便捷性较差、使用寿命低以及生产成本高的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种睡眠监测电路及睡眠监测设备，旨在解决现有的睡眠监测设备存在不能防水、便捷性较差、使用寿命低以及生产成本高的问题。
本发明提供了一种睡眠监测电路，所述睡眠监测电路包括：
双向接收单元，所述双向接收单元包括电极贴片，所述电极贴片与充电装置连接时接收来自所述充电装置的电源信号，所述电极贴片与人体连接时接收来自人体的生物电信号；
指令获取单元，用于从用户获取睡眠监测指令；
使能单元，用于根据所述生物电信号和所述睡眠监测指令生成监测切换信号，所述使能单元的输入端与所述双向接收单元连接，所述使能单元的使能端与所述指令获取单元的输出端连接；
切换控制单元，用于实现在睡眠监测功能与充电功能之间切换，根据所述电源信号生成充电控制信号，根据所述监测切换信号输出所述生物电信号，所述切换控制单元的输入端连接所述双向接收单元的第一输出端，所述切换控制单元的第一使能端、所述双向接收单元的第二输出端以及所述使能单元的输入端共接，所述切换控制单元的第二使能端连接所述使能单元的输出端；
充电单元，用于根据所述充电控制信号进行充电管理，所述充电单元的输入端连接所述切换控制单元的第一输出端；
生物电信号拾取单元，用于对所述切换控制单元输出的生物电信号进行提取，生成所述生物电信号的特征信息，所述生物电信号拾取单元的输入端连接所述切换控制单元的第二输出端；
睡眠监控单元，用于对所述特征信息进行监测分析，生成人体睡眠监测结果，所述睡眠监控单元的输入端连接所述生物电信号拾取单元的输出端。
本发明还提供了一种睡眠监测设备，所述睡眠监测设备包括如上所述的睡眠监测电路，其中，所述电极贴片扣插于充电装置的底座，或所述电极贴片贴合在人体的皮肤表面。
本发明提供的睡眠监测电路，当电极贴片与充电装置连接时接入电源信号，切换控制单元根据电源信号生成充电控制信号，继而充电单元根据充电控制信号进行充电管理；当电极贴片与人体连接时接入生物电信号时，通过指令获取单元从用户获取睡眠监测指令，使能单元根据生物电信号和睡眠监测指令生成监测切换信号，从而切换控制单元根据监测切换信号输出生物电信号，生物电信号拾取单元从生物电信号中提取出生物电信号的特征信息并输出至睡眠监控单元，睡眠监控单元对特征信息进行监测并生成人体睡眠监测结果。该电路结构简单，能实现睡眠监测功能与充电功能之间的切换，成本低。同时该电路模块的设计使得监测装置更轻便，更适于用户穿戴；且使装置具有防水功能，提高了装置的使用寿命，避免了漏电触电事故的发生，提高了用户的体验性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的睡眠监测电路的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的睡眠监测电路的另一种结构示意图；
图3是本发明实施例提供的睡眠监测电路的示例电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
图1示出了本发明实施例提供的睡眠监测电路的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分，详述如下：
一种睡眠监测电路，包括双向接收单元101、指令获取单元102、使能单元103、切换控制单元104、充电单元105、生物电信号拾取单元106以及睡眠监控单元107。
双向接收单元101，双向接收单元101包括电极贴片，电极贴片与充电装置连接时接收来自充电装置的电源信号，电极贴片与人体连接时接收来自人体的生物电信号。
在本发明实施例中，双向接收单元101包括电极贴片，电极贴片通过扣插于充电装置底座接入电源信号；由于人体皮肤组织的很多组成部分都存在一定的电特性，因而电极贴片也能够脱离充电装置底座而贴合在人体的皮肤表面(例如，紧贴于人体额头部位)，通过与人体皮肤相连而获取生物电信号。其中，电极贴片接入的电源信号为4.5V-5.2V，而人体的生物电信号电压幅度不大于0.1V，例如，脑电信号电压幅度为μV级电压，一般处于几μV到几十μV。电极贴片可以是由导电碳膜和导电粘膜组成，且导电碳膜上设置有绝缘层，导电粘膜设置有塑料保护层，从而使得电极贴片能够通过扣插于充电装置底座接入充电装置的电源信号以及贴合在人体的皮肤表面获取生物电信号的同时，具有有效地防水防漏电功能。双向接收单元101将电极贴片接入的充电电压或生物电信号输出至切换控制单元104，其中，双向接收单元101的第一输出端和第二输出端分别与切换控制单元104的输入端和第一使能端连接。
指令获取单元102，用于从用户获取睡眠监测指令；
使能单元103，用于根据生物电信号和睡眠监测指令生成监测切换信号。其中，使能单元103的输入端与双向接收单元101的第二输出端连接，使能单元103的使能端与指令获取单元102的输出端连接。
在本发明实施例中，指令获取单元102用于获取用户输入的睡眠监测指令，同时将获取到的睡眠监测指令发送至使能单元103，以使使能单元103根据生物电信号和睡眠监测指令生成监测切换信号，并将监测切换信号输出至切换控制单元104。其中，切换信号为2.7V-12V；指令获取单元102的输出端与使能单元103的使能端连接，具体地，使能单元103可以通过无线网络与指令获取单元102连接，从而通过无线电波接收指令获取单元102的监测切换信号。例如，指令获取单元102可以由用于指令获取的硬件和软件共同结合，具体可以是睡眠监测APP的智能终端，用户通过打开睡眠监测APP向指令获取单元102输入睡眠监测指令，继而指令获取单元102通过蓝牙链接到使能单元103，使使能单元103根据睡眠监测指令生成监测切换信号，并输出至切换控制单元104。
切换控制单元104，用于实现在睡眠监测功能与充电功能之间切换，根据电源信号生成充电控制信号，根据监测切换信号输出生物电信号，切换控制单元104的输入端连接双向接收单元101的第一输出端，切换控制单元104的第一使能端、双向接收单元101的第二输出端以及使能单元103的输入端共接，切换控制单元104的第二使能端连接使能单元103的输出端。
在本发明实施例中，切换控制单元104具有两种切换模式，根据接入的信号切换相应模式，具体地，当切换控制单元104接收到双向接收单元101输出的电源信号时，由于电源信号为4.5V-5.2V，电压足以触发切换控制单元104切换至第一功能模式(即充电功能模式)，切换控制单元104根据电源信号生成充电控制信号，并将充电控制信号输出至充电单元105；当切换控制单元104接收到双向接收单元101输入的生物电信号时，由于生物电信号不大于0.1V，电压幅度微弱，电压不足以触发切换控制单元104切换至第一功能模式，此时，若指令获取单元102从用户获取睡眠监测指令，则使能单元103将根据睡眠监测指令生成监测切换信号，由于监测切换信号为2.7V-12V，电压足以触发切换控制单元104切换至第二功能模式(即睡眠监测功能模式)，切换控制单元104根据监测切换信号将获取的生物电信号输出至生物电信号拾取单元106。
充电单元105，用于根据充电控制信号进行充电管理，充电单元105的输入端连接切换控制单元104的第一输出端。具体地，充电单元105根据充电控制信号进行充电管理，检测电池的电量，并根据测量结果确定是否断开对电池的充电。
在本发明实施例中，充电单元105接收切换控制单元104输出的充电控制信号，并根据充电控制信号进行充电管理，对电池进行充电。
生物电信号拾取单元106，用于对切换控制单元104输出的生物电信号进行提取，生成生物电信号的特征信息，生物电信号拾取单元106的输入端连接切换控制单元104的第二输出端。
在本发明实施例中，生物电信号拾取单元106接收切换控制单元104输出的生物电信号，并根据生物电信号提取出生物电信号的特征信息，同时将提取的特征信息输出至睡眠监控单元107，以实现对人体睡眠情况的监测。具体地，生物电信号拾取单元106对输入的生物电信号进行数模转换，并从数模转换后的信号中提取具有特定电压波形的特征信息，该特征信息包括了用户睡眠时的生理数据信息，例如，用户脑电波各个波段的能量占比，或者心率值或血氧值的波动特征等，因此，只要能够实现上述生物电信号拾取单元106功能的电路均可，例如，包括生物传感器、数模转换器以及信号提取的电路。
睡眠监控单元107，用于对特征信息进行监测分析，生成人体睡眠监测结果，睡眠监控单元107的输入端连接生物电信号拾取单元106的输出端。
在本发明实施例中，睡眠监控单元107接收生物电信号拾取单元106输入的特征信息，并对特征信息进行监测分析，生成人体睡眠监测结果，以获得用户的睡眠情况。例如，根据生物电信号拾取单元106输入的用户脑电波各个波段的能量占比，或者心率值或血氧值的波动特征等，进行监测分析用户的睡眠阶段(例如，清醒阶段、浅眠阶段、深度睡眠阶段)以及睡眠质量。因此，只要能够实现上述睡眠监控单元107功能的电路均可。
本发明提供的睡眠监测电路，当电极贴片接入电源信号时，切换控制单元104根据电源信号生成充电控制信号以控制充电单元105进行充电管理；当电极贴片接入生物电信号时，指令获取单元102从用户获取睡眠监测指令以触发使能单元103生成监测切换信号，切换控制单元104根据监测切换信号输出生物电信号至生物电信号拾取单元106，使其从生物电信号中提取特征信息并输出至睡眠监控单元107，睡眠监控单元107根据特征信息生成人体睡眠监测结果。该电路结构简单，能实现睡眠监测功能与充电功能之间的切换，成本低；且电极贴片的引入使监测装置更轻便且更具防水功能，提高了使用寿命，同时避免了漏电触电事故的发生。
在图1所示架构的基础上，图2示出了本发明实施例提供的睡眠监测控制电路的另一单元结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
一种睡眠监测电路，包括双向接收单元101、指令获取单元102、使能单元103、切换控制单元104、充电单元105、生物电信号拾取单元106、睡眠监控单元107、定时开关单元108以及滤波单元109。
在本发明实施例中，双向接收单元101的第一输出端与切换控制单元104的输入端连接，使能单元103的使能端与指令获取单元102的输出端连接，双向接收单元101的第二输出端、使能单元103的输入端以及切换控制单元104的第一使能端共接，使能单元103的输出端连接切换控制单元104的第二使能端，切换控制单元104的第一输出端连接充电单元105输入端，切换控制单元104的第二输出端连接定时开关单元108的输入端，定时开关单元108的输出端连接滤波单元109的输入端，滤波单元109的输出端连接生物电信号拾取单元106的输入端，生物电信号拾取单元106的输入端的输出端连接睡眠监控单元107。
在本发明实施例中，双向接收单元101、指令获取单元102、使能单元103、切换控制单元104、充电单元105、生物电信号拾取单元106、睡眠监控单元107的相关描述如上文，为了节约篇幅，此处不再赘述。
在本发明实施例中，定时开关单元108，用于定时导通并接入生物电信号，并将接入的生物电信号输出至生滤波单元109；定时开关单元108的输入端与切换控制单元104的第二输出端连接；定时开关单元108的输出端与滤波单元109的输入端连接。需要说明的是，定时开关单元108用于定时导通并接入生物电信号，从而间接促使睡眠监控单元107定时的对人体睡眠进行监测，以节省电能，提高监测效率。因此，只要能够实现上述定时开关单元108功能的电路均可，定时时间具体根据用户的需求进行设定。
在本发明实施例中，滤波单元109，用于对生物电信号进行滤波，并将滤波后的生物电信号输出至生物电信号拾取单元106。其中，滤波指的是过滤生物电信号中的瑕疵，以提高后续监测结果的准确性和可靠性。具体地，滤波单元109可以由多个电阻和滤波电容元件组成。
本发明实施例提供的睡眠监测电路，当电极贴片接入电源信号时，切换控制单元104根据电源信号生成充电控制信号以控制充电单元105进行充电管理；当电极贴片接入生物电信号时，指令获取单元102从用户获取睡眠监测指令以触发使能单元103生成监测切换信号，切换控制单元104根据监测切换信号输出生物电信号至定时开关单元108和滤波单元109，通过定时开关单元108定时导通和滤波单元109的滤波，使生物电信号拾取单元106定时接入滤除瑕疵的生物电信号，从中提取特征信息并输出至睡眠监控单元107，睡眠监控单元107根据特征信息生成人体睡眠监测结果。该电路结构简单，能实现睡眠监测功能与充电功能之间的切换，并定时对用户的睡眠进行监测；成本低，且电极贴片的引入使监测装置更轻便且更具防水功能，提高了使用寿命，同时避免了漏电触电事故的发生。
图3(对应图1)示出了本发明实施例提供的睡眠监测控制电路的具体电路结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
如图3所示，双向接收单元101包括：电极贴片TP、二极管D1和第一电阻R1。
具体地，二极管D1的正极接地，二极管D1的负极、第一电阻R1的第一端以及电极贴片TP共接形成双向接收单元101的第一输出端，第一电阻R1的第二端为双向接收单元101的第二输出端。电极贴片TP接收来自充电装置的电源信号或者来自人体的生物电信号，将电源信号或者生物电信号直接从第一输出端输出至切换控制单元104的输入端，同时，将电源信号或者生物电信号通过第一电阻R1输出至切换控制单元104的第一使能端。
如图3所示，使能单元103包括：指令接收单元、第二电阻R2以及第一开关管Q1。
具体地，指令接收单元的输入端为使能单元103的使能端，指令接收单元的输出端连接第二电阻R2的第一端，第一开关管Q1的控制端为使能单元103的输入端，第一开关管Q1的电流输出端接地，第二电阻R2的第二端与第一开关管Q1的电流输入端共接形成使能单元103的输出端。其中，指令接收单元用于接收指令获取单元102输出的睡眠监测指令，即2.7V-12V的电压信号，具体可以是包括天线的射频接收电路，通过天线对睡眠监测指令进行耦合接收；第一开关管Q1具体可以是NPN型三极管，NPN型三极管的集电极为第一开关管Q1的电流输入端，NPN型三极管的发射极为第一开关管Q1的电流输出端，NPN型三极管的基极为第一开关管Q1的控制端。
以下以NPN型三极管为例结合工作原理对上述的使能单元103作进一步说明：NPN型三极管的基极输入来自双向接收单元101输出的生物电信号，同时指令接收单元接收来自指令获取单元102输出的2.7V-12V的电压信号并将电压信号通过第二电阻R2输出至NPN型三极管的集电极，由此NPN型三极管导通并将电压信号输出至切换控制单元104。
如图3所示，切换控制单元104包括：双通道切换控制芯片U和第三电阻R3。
双通道切换控制芯片U的两个输入端IN均为切换控制单元104的输入端，双通道切换控制芯片U的第一使能端EN1和第二使能端EN2分别为切换控制单元104的第一使能端和第二使能端，双通道切换控制芯片U的第一输出端OUT1和第二输出端OUT2分别为切换控制单元104的第一输出端和第二输出端，双通道切换控制芯片U的限流端ILIM连接第三电阻R3的第一端，第三电阻R3的第二端与双通道切换控制芯片U的两接地端GND共接于地。其中，双通道切换控制芯片U具体可以选用型号为TPS2560的芯片。
以下结合工作原理对上述的切换控制单元104作进一步说明：当双通道切换控制芯片U的输入端IN及第一使能端EN1接入电源信号时，则双通道切换控制芯片U的第一切换通道导通，双通道切换控制芯片U生成充电控制信号并从第一输出端OUT1输出充电控制信号至充电单元105；当双通道切换控制芯片U的输入端IN接入生物电信号且第二使能端EN2接入监测切换信号时，则双通道切换控制芯片U的第二切换通道导通，双通道切换控制芯片U将输入的生物电信号从第二输出端OUT2输出至生物电信号拾取单元106。其中，第三电阻R3连接双通道切换控制芯片U的限流端ILIM，用于对芯片进行限流保护。
因此，本发明实施例提供的睡眠监测电路，当电极贴片TP接入电源信号时，切换控制单元104根据电源信号生成充电控制信号以控制充电单元105进行充电管理；当电极贴片TP接入生物电信号时，指令获取单元102从用户获取睡眠监测指令以触发使能单元103生成监测切换信号，切换控制单元104根据监测切换信号输出生物电信号至生物电信号拾取单元106，生物电信号拾取单元106从中提取特征信息并输出至睡眠监控单元107，睡眠监控单元107根据特征信息生成人体睡眠监测结果。该电路结构简单，能实现睡眠监测功能与充电功能之间的切换，成本低，且电极贴片TP的引入使监测装置更轻便且更具防水功能，提高了使用寿命，同时避免了漏电触电事故的发生。
本发明实施例提供了一种睡眠监测设备，睡眠监测设备包括如上的睡眠监测电路，其中，电极贴片扣插于充电装置的底座，或电极贴片贴合在人体的皮肤表面。当电极贴片接入电源信号时，睡眠监测设备可以进行充电管理；当电极贴片接入生物电信号时，睡眠监测设备可以根据人体睡眠监测结果对人体睡眠进行监测。睡眠监测设备具有防水功能，使用寿命长，且便于用户穿戴和使用，能够提高用户的体验。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种睡眠监测电路，包括：双向接收单元、指令获取单元、充电单元、生物电拾取单元以及睡眠监控单元，所述双向接收单元包括电极贴片，所述电极贴片与充电装置连接时接收来自所述充电装置的电源信号，所述电极贴片与人体连接时接收来自人体的生物电信号，所述指令获取单元用于从用户获取睡眠监测指令，其特征在于，所述睡眠监测电路还包括：
使能单元，用于根据所述生物电信号和所述睡眠监测指令生成监测切换信号，所述使能单元的输入端与所述双向接收单元连接，所述使能单元的使能端与所述指令获取单元的输出端连接；
切换控制单元，用于实现在睡眠监测功能与充电功能之间切换，根据所述电源信号生成充电控制信号，根据所述监测切换信号输出所述生物电信号，所述切换控制单元的输入端连接所述双向接收单元的第一输出端，所述切换控制单元的第一使能端、所述双向接收单元的第二输出端以及所述使能单元的输入端共接，所述切换控制单元的第二使能端连接所述使能单元的输出端；
其中，所述充电单元用于根据所述充电控制信号进行充电管理，所述充电单元的输入端连接所述切换控制单元的第一输出端；所述生物电信号拾取单元用于对所述切换控制单元输出的生物电信号进行提取，生成所述生物电信号的特征信息，所述生物电信号拾取单元的输入端连接所述切换控制单元的第二输出端；所述睡眠监控单元用于对所述特征信息进行监测分析，生成人体睡眠监测结果，所述睡眠监控单元的输入端连接所述生物电信号拾取单元的输出端。
2.如权利要求1所述的睡眠监测电路，其特征在于，所述睡眠监测电路还包括：
滤波单元，用于对所述生物电信号进行滤波，并将滤波后的所述生物电信号输出至所述生物电信号拾取单元；所述滤波单元的输入端与所述切换控制单元的第二输出端连接；所述滤波单元的输出端与所述生物电信号拾取单元的输入端连接。
3.如权利要求2所述的睡眠监测电路，其特征在于，所述睡眠监测电路还包括：
定时开关单元，用于定时导通并接入所述生物电信号，并将接入的所述生物电信号输出至所述滤波单元；所述定时开关单元的输入端与所述切换控制单元的第二输出端连接；所述定时开关单元的输出端与所述滤波的输入端连接。
4.如权利要求1所述的睡眠监测电路，其特征在于，所述双向接收单元包括：
电极贴片、二极管D1和第一电阻R1；
所述二极管D1的正极接地，所述二极管D1的负极、所述第一电阻R1的第一端以及所述电极贴片共接形成所述双向接收单元的第一输出端，所述第一电阻R1的第二端为所述双向接收单元的第二输出端。
5.如权利要求1所述的睡眠监测电路，其特征在于，所述使能单元包括：
指令接收单元、第二电阻R2以及第一开关管；
所述指令接收单元的输入端为所述使能单元的使能端，所述指令接收单元的输出端连接所述第二电阻R2的第一端，所述第一开关管的控制端为所述使能单元的输入端，所述第一开关管的电流输出端接地，所述第二电阻R2的第二端与所述第一开关管的电流输入端共接形成所述使能单元的输出端。
6.如权利要求5所述的睡眠监测电路，其特征在于，所述第一开关管为NPN型三极管，所述NPN型三极管的集电极为所述第一开关管的电流输入端，所述NPN型三极管的发射极为所述第一开关管的电流输出端，所述NPN型三极管的基极为所述第一开关管的控制端。
7.如权利要求1所述的睡眠监测电路，其特征在于，所述切换控制单元包括：
双通道切换控制芯片和第三电阻R3；
所述双通道切换控制芯片的两输入端均为所述切换控制单元的输入端，所述双通道切换控制芯片的第一使能端和第二使能端分别为所述切换控制单元的第一使能端和第二使能端，所述双通道切换控制芯片的第一输出端和第二输出端分别为所述切换控制单元的第一输出端和第二输出端，所述双通道切换控制芯片的限流端连接所述第三电阻R3的第一端，所述第三电阻的第二端与所述双通道切换控制芯片的两接地端共接于地。
8.如权利要求1所述的睡眠监测电路，其特征在于，所述电源信号为4.5V-5.2V，所述生物电信号不大于0.1V。
9.如权利要求1所述的睡眠监测电路，其特征在于，所述监测切换信号为2.7V-12V。
10.一种睡眠监测设备，其特征在于，所述睡眠监测设备包括如权利要求1-9任一项所述的睡眠监测电路，其中，所述电极贴片扣插于充电装置的底座，或所述电极贴片贴合在人体的皮肤表面。
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