CN110244806A - 一种智能温室自动化控温控制装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于自动化控温技术领域,公开了一种智能温室自动化控温控制装置及方法,温度传感器实时采集温室内温度数据;湿度传感器实时采集温室内湿度数据;光强传感器实时采集温室内光照强度数据;二氧化碳传感器实时采集温室内二氧化碳数据;降温设备对温室进行降温操作;加温设备对温室进行加温操作;消毒设备对温室进行消毒操作;警报器根据采集的温室异常数据进行警报通知;显示器显示采集的温室的温度、湿度、光照强度、二氧化碳数据;对温度、湿度、光照强度、二氧化碳数据结果进行分析。本发明不需打开强制降温系统,降低了降温所需的能量损耗,降低了生产成本;同时,无需依赖人工消毒,提高了工作效率同时保障了消毒效果的稳定。
Description
技术领域
本发明属于自动化控温技术领域,尤其涉及一种智能温室自动化控温控制 装置及方法。
背景技术
目前,最接近的现有技术:温室,又称暖房,指有防寒、加温和透光等设 施,供冬季培育喜温植物的房间。在不适宜植物生长的季节,能提供生育期和 增加产量,多用于低温季节喜温蔬菜、花卉、林木等植物栽培或育苗等。温室 是指能控制或部分控制植物生长环境的建筑物。主要用于非季节性或非地域性 的植物栽培、科学研究、加代育种和观赏植物栽培等。在不适宜植物生长的季 节,能提供生育期和增加产量,多用于低温季节喜温蔬菜、花卉、林木等植物 栽培或育苗等。温室的种类多,依不同的屋架材料、采光材料、外形及加温条 件等又可分为很多种类,如玻璃温室、塑料聚碳酸脂温室;单栋温室、连栋温 室;单屋面温室、双屋面温室;加温温室、不加温温室等。温室结构应密封保 温,但又应便于通风降温。现代化温室中具有控制温湿度、光照等条件的设备, 用电脑自动控制创造植物所需的最佳环境条件。然而,现有温室在进行降温时, 需要耗费大量的能源,导致生产成本增高;同时,温室消毒很大程度上依赖种 植人员的经验,没有统一的标准。其次,各个温室的消毒均需要人工进行操作, 比较繁琐,耗费大量人力物力,而且效果不佳。
综上所述,现有技术存在的问题是:现有温室在进行降温时,需要耗费大 量的能源,导致生产成本增高;同时,温室消毒很大程度上依赖种植人员的经 验,没有统一的标准。其次,各个温室的消毒均需要人工进行操作,比较繁琐, 耗费大量人力物力,而且效果不佳。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明提供了一种智能温室自动化控温控制装 置及方法。
本发明是这样实现的,一种智能温室自动化控温控制方法,所述智能温室 自动化控温控制方法包括以下步骤:
第一步,温度传感器实时采集温室内温度数据;湿度传感器实时采集温室 内湿度数据;光强传感器实时采集温室内光照强度数据;二氧化碳传感器实时 采集温室内二氧化碳数据;
第二步,降温设备对温室进行降温操作;加温设备对温室进行加温操作; 消毒设备对温室进行消毒操作;警报器根据采集的温室异常数据进行警报通知;
第三步,显示器显示采集的温室的温度、湿度、光照强度、二氧化碳数据; 对温度、湿度、光照强度、二氧化碳数据结果进行分析,具体包括:
(1)从Q种历史条件数据中,依据简单温度、湿度、光照强度、二氧化碳 数据分析,选取前后因果特征明显的典型的P组条件温度、湿度、光照强度、二 氧化碳数据分布与结论温度、湿度、光照强度、二氧化碳数据分布,依次将第p 个(p1~P)条件规则中的Q种条件温度、湿度、光照强度、二氧化碳数据分布 及1种结论温度、湿度、光照强度、二氧化碳数据分布转化为第p个条件规则 的Q个条件云Capq(Expq,Enpq,Hepq)及1个结论云 Cbp(Exp,Enp,Hep)形成P个条件规则;
(2)对于(1)中的P个条件规则(每条Q个条件云),依次取第p条规 则的第q个条件云的熵Enpq和超熵Hepq,产生一个符合正态分布 NORM(Enpq,Hepq 2)的随机值,共产生P组(每组Q个);
(3)设待预测的Q种(每种1个)新条件温度、湿度、光照强度、二氧 化碳数据为xq(q1~Q),依次将Q种xq与第P个条件规则的Q种Expq及Q 种代入公式可得xq对第P个条件规则中Q种条件云的Q个隶属度μpq,共得 到P组(每组Q种)μpq;
(4)依次求出P组μpq的样本均值,返回(2),重复M次,得P组每组 M个的;
(5)分别求出上述P组中每组M个的样本均值,找出最大的一个值记为, 并记该对应的条件规则的结论云为Cbmax(Exmax,Enmax,Hemax);
(6)将Cbmax(Exmax,Enmax,Hemax)输入正向云发生器生成1个结 论云滴drop(μi,xi),当μi>时选取该xi,重复本步骤至选取N个xi;
(7)使用逆向云发生器将上述N个xi转化为最终需要的结论云 Cbfinal(Exfinal,Enfinal,Hefinal),其中Exfinal为预期结论的期望,Enfinal为预 期结论的量化范围,Hefinal为预期结论的聚散程度。
进一步,所述降温设备对温室进行降温操作方法如下:
(1)通过温度传感器对温室的内部空气温度进行检测;
(2)若温室的内部空气温度大于或等于第一预设温度值,则打开通风装置, 增大温室的内部空气与室外空气的气流交换面积;
(3)打开通风装置到达第一预设时间,若温室的内部空气温度仍然大于或 等于所述第一预设温度值,则使遮光件遮蔽温室的阳光照射面;对温室的内部 光照强度进行检测,若温室的内部光照强度低于或等于第一预设光照强度值, 则打开补光装置;
(4)使所述遮光件遮蔽温室的阳光照射面到达第二预设时间,若温室的内 部空气温度仍然大于或等于所述第一预设温度值,则打开强制降温系统;
其中,所述第一预设温度值小于室外空气温度。
进一步,所述消毒设备对温室进行消毒操作方法如下:
1)通过温室检测设备获取各个待消毒温室的特征信息,所述特征信息包括 对应温室内种植农作物的种类信息、温室位置信息、温室内部的环境参数信息;
2)根据所述特征信息确定对应的待消毒温室当前适用的目标控制模型;
3)采集待消毒温室的预置微生物参考指标参数,并将采集到的预置微生物 参考指标参数输入所述目标控制模型中,以使得所述目标控制模型根据采集到 的预置微生物参考指标参数匹配对应的目标控制策略;
4)控制消毒设备自动执行所述目标控制策略,对温室进行消毒。
进一步,所述消毒设备对温室进行消毒操作方法还包括:
为各种类型的温室分别设置控制模型,每种控制模型中预置有各自的微生 物参考指标、各个微生物参考指标的标准值以及至少两种控制策略;
当接收到不同的微生物参考指标测量值之后,控制模型根据所述微生物参 考指标测量值与所述微生物参考指标的标准值的差值范围,在预置的消毒策略 中匹配得到目标控制策略;
采集各个温室消毒前后的微生物参考指标测量值;
基于大数据分析各个温室消毒前后的微生物参考指标测量值的变化幅度, 并根据所述微生物参考指标测量值的变化幅度与微生物参考指标预置期望值的 差异调整各个控制模型中的控制策略。
本发明的另一目的在于提供一种基于所述智能温室自动化控温控制方法的 智能温室自动化控温控制装置,所述智能温室自动化控温控制装置及方法包括:
室内温度采集模块,与中央控制模块连接,用于通过温度传感器实时采集 温室内温度数据;
室内湿度采集模块,与中央控制模块连接,用于通过湿度传感器实时采集 温室内湿度数据;
室内光强采集模块,与中央控制模块连接,用于通过光强传感器实时采集 温室内光照强度数据;
二氧化碳采集模块,与中央控制模块连接,用于通过二氧化碳传感器实时 采集温室内二氧化碳数据;
中央控制模块,与室内温度采集模块、室内湿度采集模块、室内光强采集 模块、二氧化碳采集模块、降温模块、加温模块、消毒模块、警报模块、显示 模块连接,用于通过单片机控制各个模块正常工作;
降温模块,与中央控制模块连接,用于通过降温设备对温室进行降温操作;
加温模块,与中央控制模块连接,用于通过加温设备对温室进行加温操作;
消毒模块,与中央控制模块连接,用于通过消毒设备对温室进行消毒操作;
警报模块,与中央控制模块连接,用于通过警报器根据采集的温室异常数 据进行警报通知;
显示模块,与中央控制模块连接,用于通过显示器显示采集的温室的温度、 湿度、光照强度、二氧化碳数据。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述智能温室自动化控温控制方法的 信息数据处理终端。
本发明的优点及积极效果为:本发明通过降温模块利用温度传感器对温室 的内部空气的温度进行检测,在不同的阶段开启不同的装置,采取分段式的降 温模式,逐渐提高对温室的内部的降温效果,只需打开通风装置或遮光件中的 一个能够达到温室的降温需求,就不需打开强制降温系统,降低了降温所需的 能量损耗,降低了生产成本;同时,通过消毒模块可以为每种类型的温室预置 对应的控制模型,可以获取各个待消毒温室的特征信息,并根据特征信息确定 对应的待消毒温室当前适用的目标控制模型,根据目标控制模型确定待消毒温 室对应的预置微生物参考指标,采集待消毒温室的预置微生物参考指标参数, 并将采集到的预置微生物参考指标参数输入目标控制模型中,以使得目标控制模型根据采集到的预置微生物参考指标参数匹配对应的目标控制策略,最终控 制消毒设备自动执行目标控制策略,对温室进行自动消毒,节约了系统资源, 无需依赖人工消毒,提高了工作效率同时保障了消毒效果的稳定。
附图说明
图1是本发明实施例提供的智能温室自动化控温控制系统结构示意图;
图2是本发明实施例提供的智能温室自动化控温控制方法流程图。
图中:1、室内温度采集模块;2、室内湿度采集模块;3、室内光强采集模 块;4、二氧化碳采集模块;5、中央控制模块;6、降温模块;7、加温模块;8、 消毒模块;9、警报模块;10、显示模块。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效,兹例举以下实施例,并 配合附图详细说明如下。
针对现有技术存在的问题,本发明提供了一种智能温室自动化控温控制装 置及方法,下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示,本发明实施例提供的智能温室自动化控温控制装置包括:室 内温度采集模块1、室内湿度采集模块2、室内光强采集模块3、二氧化碳采集 模块4、中央控制模块5、降温模块6、加温模块7、消毒模块8、警报模块9、 显示模块10。
室内温度采集模块1,与中央控制模块5连接,用于通过温度传感器实时采 集温室内温度数据;
室内湿度采集模块2,与中央控制模块5连接,用于通过湿度传感器实时采 集温室内湿度数据;
室内光强采集模块3,与中央控制模块5连接,用于通过光强传感器实时采 集温室内光照强度数据;
二氧化碳采集模块4,与中央控制模块5连接,用于通过二氧化碳传感器实 时采集温室内二氧化碳数据;
中央控制模块5,与室内温度采集模块1、室内湿度采集模块2、室内光强 采集模块3、二氧化碳采集模块4、降温模块6、加温模块7、消毒模块8、警报 模块9、显示模块10连接,用于通过单片机控制各个模块正常工作;
降温模块6,与中央控制模块5连接,用于通过降温设备对温室进行降温操 作;
加温模块7,与中央控制模块5连接,用于通过加温设备对温室进行加温操 作;
消毒模块8,与中央控制模块5连接,用于通过消毒设备对温室进行消毒操 作;
警报模块9,与中央控制模块5连接,用于通过警报器根据采集的温室异常 数据进行警报通知;
显示模块10,与中央控制模块5连接,用于通过显示器显示采集的温室的 温度、湿度、光照强度、二氧化碳数据。
如图2所示,本发明实施例提供的智能温室自动化控温控制方法包括以下 步骤:
S201:温度传感器实时采集温室内温度数据;湿度传感器实时采集温室内 湿度数据;光强传感器实时采集温室内光照强度数据;二氧化碳传感器实时采 集温室内二氧化碳数据;
S202:降温设备对温室进行降温操作;加温设备对温室进行加温操作;消 毒设备对温室进行消毒操作;警报器根据采集的温室异常数据进行警报通知;
S203:显示器显示采集的温室的温度、湿度、光照强度、二氧化碳数据。
对温度、湿度、光照强度、二氧化碳数据结果进行分析,具体包括:
(1)从Q种历史条件数据中,依据简单温度、湿度、光照强度、二氧化碳 数据分析,选取前后因果特征明显的典型的P组条件温度、湿度、光照强度、二 氧化碳数据分布与结论温度、湿度、光照强度、二氧化碳数据分布,依次将第p 个(p1~P)条件规则中的Q种条件温度、湿度、光照强度、二氧化碳数据分布 及1种结论温度、湿度、光照强度、二氧化碳数据分布转化为第p个条件规则 的Q个条件云Capq(Expq,Enpq,Hepq)及1个结论云 Cbp(Exp,Enp,Hep)形成P个条件规则;
(2)对于(1)中的P个条件规则(每条Q个条件云),依次取第p条规 则的第q个条件云的熵Enpq和超熵Hepq,产生一个符合正态分布 NORM(Enpq,Hepq 2)的随机值,共产生P组(每组Q个);
(3)设待预测的Q种(每种1个)新条件温度、湿度、光照强度、二氧 化碳数据为xq(q1~Q),依次将Q种xq与第P个条件规则的Q种Expq及Q 种代入公式可得xq对第P个条件规则中Q种条件云的Q个隶属度μpq,共得 到P组(每组Q种)μpq;
(4)依次求出P组μpq的样本均值,返回(2),重复M次,得P组每组 M个的;
(5)分别求出上述P组中每组M个的样本均值,找出最大的一个值记为, 并记该对应的条件规则的结论云为Cbmax(Exmax,Enmax,Hemax);
(6)将Cbmax(Exmax,Enmax,Hemax)输入正向云发生器生成1个结 论云滴drop(μi,xi),当μi>时选取该xi,重复本步骤至选取N个xi;
(7)使用逆向云发生器将上述N个xi转化为最终需要的结论云 Cbfinal(Exfinal,Enfinal,Hefinal),其中Exfinal为预期结论的期望,Enfinal为预 期结论的量化范围,Hefinal为预期结论的聚散程度。
在本发明的优选实施例中,降温模块6降温方法如下:
(1)通过温度传感器对温室的内部空气温度进行检测;
(2)若温室的内部空气温度大于或等于第一预设温度值,则打开通风装置, 增大温室的内部空气与室外空气的气流交换面积;
(3)打开通风装置到达第一预设时间,若温室的内部空气温度仍然大于或 等于所述第一预设温度值,则使遮光件遮蔽温室的阳光照射面;对温室的内部 光照强度进行检测,若温室的内部光照强度低于或等于第一预设光照强度值, 则打开补光装置;
(4)使所述遮光件遮蔽温室的阳光照射面到达第二预设时间,若温室的内 部空气温度仍然大于或等于所述第一预设温度值,则打开强制降温系统;
其中,所述第一预设温度值小于室外空气温度。
本发明提供的打开强制降温系统包括步骤:打开喷雾装置,使喷头喷射雾 气,加快温室的内部的蒸发作用。
本发明提供的打开所述喷雾装置,使喷头喷射雾气,加快温室的内部的蒸 发作用步骤之后还包括:
打开喷雾装置到达第三预设时间,若温室的内部空气温度仍然大于或等于 所述第一预设温度值,则关闭所述喷雾装置,打开降温装置。
本发明提供的消毒模块8消毒方法如下:
1)通过温室检测设备获取各个待消毒温室的特征信息,所述特征信息包括 对应温室内种植农作物的种类信息、温室位置信息、温室内部的环境参数信息;
2)根据所述特征信息确定对应的待消毒温室当前适用的目标控制模型;
3)采集待消毒温室的预置微生物参考指标参数,并将采集到的预置微生物 参考指标参数输入所述目标控制模型中,以使得所述目标控制模型根据采集到 的预置微生物参考指标参数匹配对应的目标控制策略;
4)控制消毒设备自动执行所述目标控制策略,对温室进行消毒。
本发明提供的控制消毒设备自动执行所述目标控制策略,包括:
控制自动喷洒设备间歇性的喷洒消毒溶液,所述消毒溶液种类包括但不限 于双氧水溶液、过氧乙酸溶液。
本发明提供的控制消毒设备自动执行所述目标控制策略,还包括:
控制紫外线装置发射紫外线对温室土壤或空气进行消毒。
本发明提供的消毒方法还包括:
为各种类型的温室分别设置控制模型,每种控制模型中预置有各自的微生 物参考指标、各个微生物参考指标的标准值以及至少两种控制策略;
当接收到不同的微生物参考指标测量值之后,控制模型根据所述微生物参 考指标测量值与所述微生物参考指标的标准值的差值范围,在预置的消毒策略 中匹配得到目标控制策略;
采集各个温室消毒前后的微生物参考指标测量值;
基于大数据分析各个温室消毒前后的微生物参考指标测量值的变化幅度, 并根据所述微生物参考指标测量值的变化幅度与微生物参考指标预置期望值的 差异调整各个控制模型中的控制策略。
本发明工作时,首先,通过室内温度采集模块1利用温度传感器实时采集 温室内温度数据;通过室内湿度采集模块2利用湿度传感器实时采集温室内湿 度数据;通过室内光强采集模块3利用光强传感器实时采集温室内光照强度数 据;通过二氧化碳采集模块4利用二氧化碳传感器实时采集温室内二氧化碳数 据;其次,中央控制模块5通过降温模块6利用降温设备对温室进行降温操作; 通过加温模块7利用加温设备对温室进行加温操作;通过消毒模块8利用消毒 设备对温室进行消毒操作;然后,通过警报模块9利用警报器根据采集的温室 异常数据进行警报通知;最后,通过显示模块10利用显示器显示采集的温室的温度、湿度、光照强度、二氧化碳数据。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的 限制,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改,等同变 化与修饰,均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种智能温室自动化控温控制方法,其特征在于,所述智能温室自动化控温控制方法包括以下步骤:
第一步,温度传感器实时采集温室内温度数据;湿度传感器实时采集温室内湿度数据;光强传感器实时采集温室内光照强度数据;二氧化碳传感器实时采集温室内二氧化碳数据;
第二步,降温设备对温室进行降温操作;加温设备对温室进行加温操作;消毒设备对温室进行消毒操作;警报器根据采集的温室异常数据进行警报通知;
第三步,显示器显示采集的温室的温度、湿度、光照强度、二氧化碳数据;对温度、湿度、光照强度、二氧化碳数据结果进行分析,具体包括:
(1)从Q种历史条件数据中,依据简单温度、湿度、光照强度、二氧化碳数据分析,选取前后因果特征明显的典型的P组条件温度、湿度、光照强度、二氧化碳数据分布与结论温度、湿度、光照强度、二氧化碳数据分布,依次将第p个(p1~P)条件规则中的Q种条件温度、湿度、光照强度、二氧化碳数据分布及1种结论温度、湿度、光照强度、二氧化碳数据分布转化为第p个条件规则的Q个条件云Capq(Expq,Enpq,Hepq)及1个结论云Cbp(Exp,Enp,Hep)形成P个条件规则;
(2)对于(1)中的P个条件规则(每条Q个条件云),依次取第p条规则的第q个条件云的熵Enpq和超熵Hepq,产生一个符合正态分布NORM(Enpq,Hepq 2)的随机值,共产生P组(每组Q个);
(3)设待预测的Q种(每种1个)新条件温度、湿度、光照强度、二氧化碳数据为xq(q1~Q),依次将Q种xq与第P个条件规则的Q种Expq及Q种代入公式可得xq对第P个条件规则中Q种条件云的Q个隶属度μpq,共得到P组(每组Q种)μpq;
(4)依次求出P组μpq的样本均值,返回(2),重复M次,得P组每组M个的;
(5)分别求出上述P组中每组M个的样本均值,找出最大的一个值记为,并记该对应的条件规则的结论云为Cbmax(Exmax,Enmax,Hemax);
(6)将Cbmax(Exmax,Enmax,Hemax)输入正向云发生器生成1个结论云滴drop(μi,xi),当μi>时选取该xi,重复本步骤至选取N个xi;
(7)使用逆向云发生器将上述N个xi转化为最终需要的结论云Cbfinal(Exfinal,Enfinal,Hefinal),其中Exfinal为预期结论的期望,Enfinal为预期结论的量化范围,Hefiinal为预期结论的聚散程度。
2.如权利要求1所述的智能温室自动化控温控制方法,其特征在于,所述降温设备对温室进行降温操作方法如下:
(1)通过温度传感器对温室的内部空气温度进行检测;
(2)若温室的内部空气温度大于或等于第一预设温度值,则打开通风装置,增大温室的内部空气与室外空气的气流交换面积;
(3)打开通风装置到达第一预设时间,若温室的内部空气温度仍然大于或等于所述第一预设温度值,则使遮光件遮蔽温室的阳光照射面;对温室的内部光照强度进行检测,若温室的内部光照强度低于或等于第一预设光照强度值,则打开补光装置;
(4)使所述遮光件遮蔽温室的阳光照射面到达第二预设时间,若温室的内部空气温度仍然大于或等于所述第一预设温度值,则打开强制降温系统;
其中,所述第一预设温度值小于室外空气温度。
3.如权利要求1所述的智能温室自动化控温控制方法,其特征在于,所述消毒设备对温室进行消毒操作方法如下:
1)通过温室检测设备获取各个待消毒温室的特征信息,所述特征信息包括对应温室内种植农作物的种类信息、温室位置信息、温室内部的环境参数信息;
2)根据所述特征信息确定对应的待消毒温室当前适用的目标控制模型;
3)采集待消毒温室的预置微生物参考指标参数,并将采集到的预置微生物参考指标参数输入所述目标控制模型中,以使得所述目标控制模型根据采集到的预置微生物参考指标参数匹配对应的目标控制策略;
4)控制消毒设备自动执行所述目标控制策略,对温室进行消毒。
4.如权利要求1所述的智能温室自动化控温控制方法,其特征在于,所述消毒设备对温室进行消毒操作方法还包括:
为各种类型的温室分别设置控制模型,每种控制模型中预置有各自的微生物参考指标、各个微生物参考指标的标准值以及至少两种控制策略;
当接收到不同的微生物参考指标测量值之后,控制模型根据所述微生物参考指标测量值与所述微生物参考指标的标准值的差值范围,在预置的消毒策略中匹配得到目标控制策略;
采集各个温室消毒前后的微生物参考指标测量值;
基于大数据分析各个温室消毒前后的微生物参考指标测量值的变化幅度,并根据所述微生物参考指标测量值的变化幅度与微生物参考指标预置期望值的差异调整各个控制模型中的控制策略。
5.一种基于权利要求1所述智能温室自动化控温控制方法的智能温室自动化控温控制装置,其特征在于,所述智能温室自动化控温控制装置及方法包括:
室内温度采集模块,与中央控制模块连接,用于通过温度传感器实时采集温室内温度数据;
室内湿度采集模块,与中央控制模块连接,用于通过湿度传感器实时采集温室内湿度数据;
室内光强采集模块,与中央控制模块连接,用于通过光强传感器实时采集温室内光照强度数据;
二氧化碳采集模块,与中央控制模块连接,用于通过二氧化碳传感器实时采集温室内二氧化碳数据;
中央控制模块,与室内温度采集模块、室内湿度采集模块、室内光强采集模块、二氧化碳采集模块、降温模块、加温模块、消毒模块、警报模块、显示模块连接,用于通过单片机控制各个模块正常工作;
降温模块,与中央控制模块连接,用于通过降温设备对温室进行降温操作;
加温模块,与中央控制模块连接,用于通过加温设备对温室进行加温操作;
消毒模块,与中央控制模块连接,用于通过消毒设备对温室进行消毒操作;
警报模块,与中央控制模块连接,用于通过警报器根据采集的温室异常数据进行警报通知;
显示模块,与中央控制模块连接,用于通过显示器显示采集的温室的温度、湿度、光照强度、二氧化碳数据。
6.一种应用权利要求1~4任意一项所述智能温室自动化控温控制方法的信息数据处理终端。
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