CN111464112B - 基于物联网云平台控制的风光互补发电装置及监控方法 - Google Patents

Abstract

本公开提出了基于物联网云平台控制的风光互补发电装置及监控方法，包括太阳能发电装置、风力发电装置、蓄电池充放电电路以及储能装置，还包括支撑架组件，所述太阳能发电装置、风力发电装置设置在支撑架组件上，所述支撑架组件底座、升降杆、折叠关节和折叠杆，所述升降杆固定在底座上，升降杆与折叠杆通过折叠关节连接，折叠杆的上端固定风力发电机。本公开实现两种发电方式的互补，提高发电装置的发电效率，为用电负载提供稳定的电能输出。通过改进风力发电支撑结构，在风力较强时可以通过折叠关节，调整风力发电机的风轮叶片的角度，避免较强风力对风力发电装置造成损坏。同时能够将检测到的数据传递到云端，实现数据远程可视化。

Description

基于物联网云平台控制的风光互补发电装置及监控方法

技术领域

本公开涉及风光互补发电监控相关技术领域，具体的说，是涉及基于物联网云平台控制的风光互补发电装置及监控方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，并不必然构成在先技术。

随着社会的发展，在偏远地区、用电比较分散的地区等电力网络没有完全覆盖的地区，如野外、原始森林，越来越多的采用便携式的移动发电设备，满足临时的用电需求，传统的移动电源采用传统能源进行发电，发电设备较大，同时伴随有一定的污染。新能源包括太阳能、生物质能、风能、地热能、波浪能、洋流能和潮汐能等，新能源由于采集方便，布设简单，成本较低，在移动式或者小型电源上受到越来越多的青睐，采用新能源发电可以实现小区域的电能覆盖。

发明人发现，小型的便携式发电设备，由于设备的大小的限制使得能源采集装置的大小也比较小，多数新能源不能实现连续供给，使得每一种能源的转换都有一定的弊端，影响了新能源发电设备的效率及稳定性。例如对于太阳能，主要是在白天储能，夜间装置会闲置，利用率较低，风电发电设备在风力较小或者没风的环境条件下，停止发电使得发电效率较低。另外，新能源发电一般是位置比较分散，设备的可靠运行需要专业人员进行监控，发电系统的实时数据无法远程可视化，用户不能掌握装置的运行状况，系统发生故障不能及时进行维护，装置整体智能化程度低，实用性不强。对于太阳能板多为固定式，部分采用自动调节模式，但因干扰因素众多，追光效果并不理想，且当数据处理出现错误时无法校正太阳能板角度，降低了清洁能源的利用率。风力发电装置若遇强风天气极易发生风机损坏或机械机构折损。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了基于物联网云平台控制的风光互补发电装置及监控方法，采用两种能源发电结合的方式，将两个发电装置设置在支撑架组件上，实现互补发电，同时能够将检测到的数据传递到云端，实现数据远程可视化。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

一个或多个实施例提供了基于物联网云平台控制的风光互补发电装置，包括太阳能发电装置、风力发电装置、蓄电池充放电电路以及储能装置，所述太阳能发电装置、风力发电装置分别连接充放电电路，蓄电池充放电电路连接储能装置；还包括支撑架组件，所述太阳能发电装置、风力发电装置设置在支撑架组件上，所述支撑架组件包括底座、升降杆、折叠关节和折叠杆，所述升降杆固定在底座上，升降杆与折叠杆通过折叠关节连接，折叠杆的上端固定风力发电装置的风力发电机。

基于物联网云平台控制的风光互补发电装置的监控方法，包括光伏发电板的控制方法和发电数据控制方法，所述光伏发电板的控制方法包括如下步骤：

获取配置数据，根据配置数据确定光伏发电装置的工作模式；所述工作模式包括自动模式和手动调节模式；

自动模式执行下面的步骤：

步骤1、设定自动模式的光照强度阈值，以及按照时间点设定光伏发电板的朝向轨迹；

步骤2、按照设定的朝向轨迹调整光伏发电板的朝向；

步骤3、获取光照强度数据；

步骤4、将光照强度数据与设定的阈值进行比较，如果光照强度数据大于等于设定的阈值，执行步骤3，否则，调整光伏发电板的朝向，直到光照强度数据大于设定的阈值，执行下一步；

步骤5、根据调整后的光伏发电板的朝向和当前时间点，更新光伏发电板的朝向轨迹，执行步骤2。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

(1)本公开将太阳能发电和风力发电设置为一体装置，可以实现两种发电方式的互补，提高发电装置的发电效率，为用电负载提供稳定的电能输出。同时，通过改进风力发电支撑结构，在风力较强时可以通过折叠关节，调整风力发电机的风轮叶片的角度，避免较强风力对风力发电装置造成损坏。

(2)本公开通过根据检测的光照强度可以进行自动调整光伏发电板的朝向，并根据朝向调整实时更新光伏发电板的朝向轨迹，能够进行一次轨迹设置就能够实现在不同的季节自动更新轨迹，不需要人为参与，实现智能化追光。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的限定。

图1是本公开实施例1的风光互补发电装置的后视图；

图2是本公开实施例1的风光互补发电装置的侧视图；

图3是本公开实施例1的风光互补发电装置的框图；

图4是本公开实施例1的智能检测控制模块的框图；

图5是本公开实施例1的折叠关节的结构示意图；

其中：1、风力发电机，2、折叠杆，3、折叠关节，4、第一电推杆，5、转动支撑架，6、光伏发电板，7、第一支撑杆，8、调节脚，9、第二电推杆，10、舵机，11、悬臂梁固定装置，12、底座，13、电池板支撑梁，14、光强传感器，15、电机支撑架，15-1、支撑板，15-2、第二支撑杆,15-3、第三支撑杆，15-4、加强板，16、伺服电机，16-1、转轴。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的各个实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合附图对实施例进行详细描述。

实施例1

在一个或多个实施方式中公开的技术方案中，如图1和2所示，基于物联网云平台控制的风光互补发电装置,包括太阳能发电装置、风力发电装置、蓄电池充放电电路以及储能装置，所述太阳能发电装置、风力发电装置分别连接充放电电路，蓄电池充放电电路连接储能装置；还包括支撑架组件，所述太阳能发电装置、风力发电装置设置在支撑架组件上，所述支撑架组件包括底座12、升降杆、折叠关节3和折叠杆2，所述升降杆固定在底座12上，升降杆与折叠杆2通过折叠关节3连接，折叠杆2的上端固定风力发电装置的风力发电机1。

本实施例将太阳能发电和风力发电设置为一体装置，可以实现两种发电方式的互补，提高发电装置的发电效率，为用电负载提供稳定的电能输出。同时，通过改进风力发电支撑结构，在风力较强时可以通过折叠关节3，调整风力发电机的风轮叶片的角度，避免较强风力对风力发电装置造成损坏。

本实施例的发电装置，可以用于草原的游牧人员用电，或者野外等没有市电的地方。装置结构可以较小，高度最小可以为几米，可以随时根据风能源和太阳能比较充足的位置，进行移动。

作为进一步的改进，如图5所示，折叠关节3包括与第一电推杆4固定连接的电机支撑架15，以及设置在电机支撑架15上的伺服电机16，所述伺服电机16的输出转轴16-1固定连接折叠杆2，所述伺服电机16与控制器电连接。

电机支撑架15用于支撑伺服电机16，作为一种可以实现的结构，可以设置为如图5所示的结构，包括支撑板15-1、第二支撑杆15-2和第三支撑杆15-3，所述支撑板15-1、第二支撑杆15-2固定连接，所述第二支撑杆15-2和第三支撑杆15-3固定连接形成类“工”字形。支撑板15-1上固定设置伺服电机16，第三支撑杆15-3固定连接第一电推杆4。

可选的，为实现电机支撑架15对伺服电机16的稳定支撑，可以在电机支撑架15设置加强板15-4，所述加强板15-4的一端连接第二支撑杆15-2，另一端连接第一电推杆4。

本实施例中折叠关节3实现折叠通过伺服电机16输出转动动能，伺服电机16接收控制器发送的命令，可以以转轴16-1的轴线为中心线控制转轴16-1旋转，从而带动折叠杆2在图示所在的面向面内或者向面外旋转一定的角度，可以实现折叠杆2相对于升降杆进行大于90度的折叠。

在一些实施例中，升降杆包括第一电推杆4和第二电推杆9，所述第一电推杆4和第二电推杆9可移动连接。可选的，作为一种可以实现的结构，通过设置移动电机实现移动，所述第一电推杆4连接移动电机的输出端，所述第一电推杆4和第二电推杆9嵌套连接，第一电推杆4在移动电机的带动下相对于第二电推杆9上下移动。

在另一些实施例中，支撑架组件还包括横向设置的电池板支撑梁13，电池板支撑梁13上可转动设置太阳能发电装置的光伏发电板6，所述电池板支撑梁13设置在第二电推杆9上，可选的，电池板支撑梁13可以通过悬臂梁固定装置11固定在第二电推杆9上。

可选的，悬臂梁固定装置可以为T形三通十字固定夹支架。

可选的，支撑架组件还包括转动支撑架5，所述转动支撑架5通过舵机10可转动连接在电池板支撑梁13上，转动支撑架5上设置太阳能发电装置的光伏发电板6。可选的，转动支撑架可以为“V”字形、直线型或者弧形等其他形状。转动支撑架5在舵机10的作用下转动，从而带动光伏发电板调整角度，从而可以使得光伏发电板按照光照方向调整，提高光伏发电效率。

可选的，横向设置的电池板支撑梁13与第二电推杆9接触位置，斜向设置至少三个第一支撑杆7，所述第一支撑杆7一端与第二电推杆9按照设定的角度连接，另一端固定设置在地面或者底座12上。

可实现的，底座可以设置为板状结构，也可以采用如图1所示的结构，采用多个相互交叉的支撑构件，每个构件的底面设置调节脚8，可以提高底座的灵活性，便于调节位置和角度。

在一些实施例中，所述储能装置可以为蓄电池，太阳能发电装置、风力发电装置分别通过蓄电池充放电电路将发电的电能存储至蓄电池，蓄电池的电能通过逆变器提供给用电负载。

作为进一步的改进，所述蓄电池还连接泄荷器，用于当蓄电池充满将多余的电量卸掉，避免蓄电池过充造成损坏。

在一些实施例中，如图3-4所示，还包括相互连接的数据监测电路和智能检测控制模块，所述数据监测电路与蓄电池充放电电路、储能装置、逆变器相连，智能检测模块用于采集蓄电池充放电电路、蓄电池、逆变器的电路参数数据，并传输至智能检测控制模块。

可选的，所述电路参数数据包括充放电电路的电流和电压、蓄电池的SOC值、逆变器的输入电流电压和输出端电流电压；还包括温度传感器，数据监测电路与温度传感器连接，可选的，温度传感器可以为NTC温度传感器，用于测量蓄电池的温度，通过温度监控防止电池发生短路故障时蓄电池过热。

在一些实施例中，还包括无线通信模块和云平台，所述智能检测控制模块通过无线通信模块与云平台无线连接。可选的，无线通信模块可以为WiFi无线通信模块。

进一步地，还可以包括远程终端，所述远程终端与云平台连接，通过云平台与智能检测控制模块进行数据交互，用于实时接收云平台发送的数据，可以包括蓄电池充放电电路、蓄电池、逆变器的电路参数数据，报警数据等。远程终端可以为监控主机或者智能手机。

本实施例通过远程监控可以实现远程终端如手机等远程监测互补发电装置的工作状态，并且能够在手机APP上直接对互补发电装置进行控制。

可选的，在风光互补发电装置的现场还可以设置故障报警装置和人机交互模块，所述故障报警装置和人机交互模块分别与智能检测控制模块连接。优选的，人机交互模块可以为TFT显示模块，用于实时显示检测的参数和报警信息，并且可以通过交互界面设置参数、模式选择或者调整光伏发电板的角度，所述故障报警装置可以为声光报警器。

智能检测模块判断检测到的蓄电池充放电电路、蓄电池、逆变器的电路参数数据是否正常，当出现异常向故障报警装置发送报警信号，并上传至远程终端的云平台，能够将检测到的数据传递到云端，并且实现数据远程可视化。装置出现故障后可将报警信息传给远程终端，用户可立即控制相关电路通断并及时进行进一步的维护。

在另一些实施例中，所述光伏发电装置的光伏发电板6的边缘设置光强传感器14，所述光强传感器14与智能检测控制模块连接。若工作在自动追光模式下定时采集光强数据并进行比对，若光照强度差值大于临界值则改变PWM占空比步进调节舵机10，进而调节光伏发电板向光照更强的角度旋转；若工作在人为控制模式下，可通过人机交互界面或远程终端接收操控数据控制舵机改变光伏发电板6的角度，人为控制模式可以在远程终端如手机对光伏发电板6的角度进行调整，大大提高了远程操控的便利性。

若遇到阵风过强等极端天气状况，可通过远程终端控制伺服电机16进行折叠，防止风机损坏或其他机械机构折损。

可实现的，如图4所示，智能检测模块为单片机，可以采用STM32F407ZGT6芯片，单片机运行在UCOSⅢ操作系统下，人机交互模块可以采用EMWIN图形界面构造人机交互界面，通过并口驱动7寸TFT液晶显示屏，通过改变PWM输出的占空比改变舵机10旋转角度进而控制光伏发电板6的角度。WiFi模块可以为ESP8266模块。

可选的，数据监测电路包括依次连接的整流电路、滤波电路和AD变换电路，所述整流电路连接采样传感器如电压检测装置、电流检测装置，所述AD变换电路将采集的数据数字化，传输至智能检测模块。

进一步地，AD转化电路的通道对应的数据采集端子，采样数据采用DMA传输方式，可以提高传输速度，进一步确保数据实时性。

单片机与ESP8266模块的通讯遵循gizwits串口协议，WiFi模块配置入网后，将收到的信息以协议帧的格式发送到单片机，单片机将信息存到缓冲区后进行抓包解析，而后按相应的逻辑进行操作；单片机将采集到的数据以协议帧的格式发给WiFi模块，由WiFi模块将数据上传到机智云平台的云端，用户可从远程终端查询数据。

实施例2

本实施例提供基于物联网云平台控制的风光互补发电装置的监控方法，包括光伏发电板的控制方法和发电数据控制方法，所述光伏发电板的控制方法包括如下步骤：

获取配置数据，根据配置数据确定光伏发电装置的工作模式；所述工作模式包括自动模式和手动调节模式；

如果为自动模式执行下面的步骤：

步骤1、设定自动模式的光照强度阈值，以及按照时间点设定光伏发电板的朝向轨迹；

步骤2、按照设定的朝向轨迹调整光伏发电板的朝向；

步骤3、获取光照强度数据；

步骤4、将光照强度数据与设定的阈值进行比较，如果光照强度数据大于等于设定的阈值，执行步骤3，否则，调整光伏发电板的朝向，直到光照强度数据大于设定的阈值，执行下一步；

步骤5、根据调整后的光伏发电板的朝向和当前时间点，更新光伏发电板的朝向轨迹，执行步骤2。

按照时间点设定光伏发电板的朝向轨迹可以为按照整点设置，如从早上至晚上的轨迹可以设置为从朝向东面至朝向西面。

当在自动调节模式下，不能达到朝向太阳直射面，可以切换至手动调整模式，如果为手动调节模式，可以执行下面的步骤：

按照设定的调整参数调整光伏发电板的朝向，根据调整后的光伏发电板的朝向和当前时间点，更新光伏发电板的朝向轨迹。

本实施例通过根据检测的光照强度可以进行自动调整光伏发电板6的朝向，并根据朝向调整实时更新光伏发电板6的朝向轨迹，能够进行一次轨迹设置就能够实现在不同的季节自动更新轨迹，不需要人为参与，实现智能化追光。光伏发电板6自动追光调节与手动调节相结合，提高了追光的稳定性。

可选的，发电数据控制方法，包括如下步骤：

获取蓄电池充放电电路、蓄电池、逆变器的电路参数数据；所述电路参数数据包括充放电电路的电流和电压、蓄电池的SOC值、逆变器的输入电流电压和输出端电流电压；

判断电路参数数据是否超出设定的范围，超出设定的范围发送报警指令，控制报警器报警，并通过云平台上传至远程监控终端。

作为一个具体的示例，如图4所示，本实施例通过云平台将数据上传至远程监控终端，远程数据的数据传输方法如下：

本实施例采用机智云物联网开发平台，WiFi模块可以采用ESP8266安信可12F版本，将机智云的GAgent固件系统移植到WiFi模块后，单片机可以通过GAgent接入机智云平台。单片机与WiFi模块采用机智云的Gizwits协议进行串口通讯，整个通讯基于协议数据的封包与解析。大体流程为：WiFi设备配置入网，连接到云端服务器后会收到来自云端或APP端发来的数据点、状态等信息。接收完成后，通过协议帧的格式发送到单片机，单片机将收到的数据存到缓冲区中，每隔一段时间对缓冲区进行抓包，抓包正确后进行深度的解析，解析后推送到的数据事件处理，根据数据点相应的事件去实行自己的逻辑，如装置停止运行、太阳能板角度控制等。数据监测电路的数据通过ADS1222模数转换芯片传至单片机，单片机将数据按协议栈帧格式打包传送给WiFi设备，而WiFi设备则将数据上传给云端服务器。设置单片机WiFi串口波特率为9600，并配置定时器使协议运行在1ms精确时基上。

本实施例的单片机在AirLink模式下配置入网。在机智云平台上创建与蓄电池温度、蓄电池SOC值、太阳能板与风机的输出电压、电流值以及逆变器输出电压、电流值对应的只读数据类型的数据点，与太阳能板角度对应的可写数据类型数据点。将单片机配网连接，即可直接在手机端APP实现监控功能。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (14)

1.基于物联网云平台控制的风光互补发电装置，其特征是：包括太阳能发电装置、风力发电装置、蓄电池充放电电路以及储能装置，所述太阳能发电装置、风力发电装置分别连接充放电电路，蓄电池充放电电路连接储能装置；还包括支撑架组件，所述太阳能发电装置、风力发电装置设置在支撑架组件上，所述支撑架组件包括底座、升降杆、折叠关节和折叠杆，所述升降杆固定在底座上，升降杆与折叠杆通过折叠关节连接，折叠杆的上端固定风力发电装置的风力发电机；

基于物联网云平台控制的风光互补发电装置能够进行一次轨迹设置就能够实现在不同的季节自动更新轨迹，不需要人为参与；通过根据检测的光照强度可以进行自动调整光伏发电板的朝向，并根据朝向调整实时更新光伏发电板的朝向轨迹；

折叠关节通过伺服电机输出转动动能实现折叠，伺服电机接收控制器发送的命令，以转轴的轴线为中心线控制转轴旋转，从而带动折叠杆在所在的面向面内或者向面外旋转一定的角度，实现折叠杆相对于升降杆进行大于90度的折叠。

2.如权利要求1所述的基于物联网云平台控制的风光互补发电装置，其特征是：升降杆包括第一电推杆和第二电推杆，所述第一电推杆和第二电推杆可移动连接，还包括移动电机，第一电推杆连接移动电机的输出端，所述第一电推杆和第二电推杆嵌套连接，第一电推杆在移动电机的带动下相对于第二电推杆上下移动。

3.如权利要求1所述的基于物联网云平台控制的风光互补发电装置，其特征是：折叠关节包括与第一电推杆固定连接的电机支撑架，以及设置在电机支撑架上的伺服电机，所述伺服电机的输出转轴固定连接折叠杆，所述伺服电机与控制器电连接。

4.如权利要求1所述的基于物联网云平台控制的风光互补发电装置，其特征是：支撑架组件还包括横向设置的电池板支撑梁，电池板支撑梁上可转动设置太阳能发电装置的光伏发电板，所述电池板支撑梁通过悬臂梁固定装置固定在第二电推杆上。

5.如权利要求1所述的基于物联网云平台控制的风光互补发电装置，其特征是：支撑架组件还包括转动支撑架，所述转动支撑架通过舵机可转动连接在电池板支撑梁上，转动支撑架上设置太阳能发电装置的光伏发电板。

6.如权利要求1所述的基于物联网云平台控制的风光互补发电装置，其特征是：转动支撑架为“V”字形、直线型或者弧形。

7.如权利要求1所述的基于物联网云平台控制的风光互补发电装置，其特征是：电池板支撑梁与第二电推杆接触位置，斜向设置至少三个第一支撑杆，所述第一支撑杆一端与第二电推杆按照设定的角度连接，另一端固定设置在地面或者底座上。

8.如权利要求1所述的基于物联网云平台控制的风光互补发电装置，其特征是：储能装置为蓄电池，蓄电池的电能通过逆变器提供给用电器负载或者连接电网；还包括相互连接的数据监测电路和智能检测控制模块，所述数据监测电路与蓄电池充放电电路、蓄电池和逆变器相连，智能检测模块用于采集蓄电池充放电电路、蓄电池、逆变器的电路参数数据，并传输至智能检测控制模块。

9.如权利要求8所述的基于物联网云平台控制的风光互补发电装置，其特征是：还包括无线通信模块和云平台，所述智能检测控制模块通过无线通信模块与云平台无线连接。

10.如权利要求8所述的基于物联网云平台控制的风光互补发电装置，其特征是：还包括远程终端，所述远程终端与云平台连接，通过云平台与智能检测控制模块进行数据交互，用于实时接收云平台发送的数据或者通过云平台发送控制指令。

11.如权利要求8所述的基于物联网云平台控制的风光互补发电装置，其特征是：在风光互补发电装置的现场，还设置有故障报警装置和人机交互模块，所述故障报警装置和人机交互模块分别与智能检测控制模块连接。

12.一种用于权利要求1-11任一所述的基于物联网云平台控制的风光互补发电装置的监控方法，其特征是：包括光伏发电板的控制方法和发电数据控制方法，所述光伏发电板的控制方法包括如下步骤：

获取配置数据，根据配置数据确定光伏发电装置的工作模式；所述工作模式包括自动模式和手动调节模式；

自动模式执行下面的步骤：

步骤1、设定自动模式的光照强度阈值，以及按照时间点设定光伏发电板的朝向轨迹；

步骤2、按照设定的朝向轨迹调整光伏发电板的朝向；

步骤3、获取光照强度数据；

步骤4、将光照强度数据与设定的阈值进行比较，如果光照强度数据大于等于设定的阈值，执行步骤3，否则，调整光伏发电板的朝向，直到光照强度数据大于设定的阈值，执行下一步；

步骤5、根据调整后的光伏发电板的朝向和当前时间点，更新光伏发电板的朝向轨迹，执行步骤2。

13.如权利要求12所述的基于物联网云平台控制的风光互补发电装置的监控方法，手动调节模式执行下面的步骤：

按照设定的调整参数调整光伏发电板的朝向，根据调整后的光伏发电板的朝向和当前时间点，更新光伏发电板的朝向轨迹。

14.如权利要求12所述的基于物联网云平台控制的风光互补发电装置的监控方法，其特征是：发电数据控制方法，包括如下步骤：

获取蓄电池充放电电路、蓄电池、逆变器的电路参数数据；

判断电路参数数据是否超出设定的范围，超出设定的范围发送报警指令，控制报警器报警，并通过云平台上传至远程监控终端。

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