CN115985159A - 电气接线的双频检测装置及方法、教学实验设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电气接线的双频检测装置及方法、教学实验设备，其中，电气接线的双频检测装置包括控制器、至少两个元器件、至少两个第一滤波器和至少两个第二滤波器，所述第一滤波器的一端与对应元器件的端子连接，另一端与所述第二滤波器的一端连接，形成与所述元器件对应的接线端，所述第二滤波器的另一端与所述控制器的端口连接；所述控制器用于向待测端口输出第一频率的激励电平信号，根据目标端口输入的响应电平信号是否与所述激励电平信号一致，检测待测接线端与目标接线端之间的接线是否正确；以及根据参考端口输入的响应电平信号是否与所述激励电平信号一致，检测所述待测接线端与参考接线端之间的接线是否正确。
Description
技术领域
本发明涉及电气实验装置技术领域，特别涉及一种电气接线的双频检测装置及方法、教学实验设备。
背景技术
电气实验是学生认识电气元器件和掌握电气接线连接的基本学习方式。在学习过程中，首先通过引脚数和器件特征认识不同的电气器件，例如电阻、电容、二极管、三极管等，然后按照教科书上的实验电气图进行接线。当电气器件接线无误时，电路正常工作，可以实现特定的电路功能。
初学者在接线过程中容易发生接线错误，例如将三极管的引脚接线错误、二极管的方向接线错误、器件被短路接线等错误，导致电路功能不正常，甚至还会发生电源短路等严重错误从而造成设备损坏。总之，接线错误是当前实验装置中设备和器件损坏最常见的原因。
现有技术中，针对低功率的模拟电路和数字电路，通常采用限压限流的方法实现对设备的基本保护，但设备和器件的损坏仍然层出不穷，需要对设备进行例行性维修，或者一次性使用和多备件的方式来提高实验成功率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的上述缺陷，提供一种电气接线的双频检测装置及方法、教学实验设备。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
本发明的第一方面提供一种电气接线的双频检测装置，包括控制器、至少两个元器件、至少两个第一滤波器和至少两个第二滤波器，每个元器件的端子对应一个第一滤波器和一个第二滤波器；
所述第一滤波器的一端与对应元器件的端子连接，另一端与所述第二滤波器的一端连接，形成与所述元器件对应的接线端，所述第二滤波器的另一端与所述控制器的端口连接；
所述控制器用于向待测端口输出第一频率的激励电平信号，根据目标端口输入的响应电平信号是否与所述激励电平信号一致，检测待测接线端与目标接线端之间的接线是否正确；以及根据参考端口输入的响应电平信号是否与所述激励电平信号一致，检测所述待测接线端与参考接线端之间的接线是否正确；
所述待测接线端为待测第一滤波器和待测第二滤波器连接形成的接线端，所述待测端口为所述控制器中与所述待测第二滤波器连接的端口，所述目标接线端为目标第一滤波器和目标第二滤波器连接形成的接线端，所述目标端口为所述控制器中与所述目标第二滤波器连接的端口，所述目标第二滤波器为与所述待测第二滤波器有连接的第二滤波器，所述参考接线端为参考第一滤波器和参考第二滤波器连接形成的接线端，所述参考第一滤波器为除所述待测第一滤波器和所述目标第一滤波器之外的第一滤波器，所述参考第二滤波器为除所述待测第二滤波器和所述目标第二滤波器之外的第二滤波器，所述参考端口为所述控制器中与所述参考第二滤波器连接的端口；
其中，所述第一滤波器为低通滤波器，用于隔离频率大于第二频率的信号，所述第二滤波器为高通滤波器，用于隔离频率小于所述第二频率的信号，所述第一频率大于所述第二频率；
或者，所述第一滤波器为高通滤波器，用于隔离频率小于所述第二频率的信号，所述第二滤波器为低通滤波器，用于隔离频率大于第二频率的信号，所述第一频率小于所述第二频率。
可选地，所述控制器具体用于在所述目标端口输入的响应电平信号与所述激励电平信号一致的情况下，检测待测接线端与目标接线端之间的接线正确，以及在所述目标端口输入的响应电平信号与所述激励电平信号不一致的情况下，检测待测接线端与目标接线端之间的接线错误。
可选地，所述控制器具体用于在所述参考端口输入的响应电平信号与所述激励电平信号一致的情况下，检测待测接线端与参考接线端之间的接线错误。
可选地，所述高通滤波器包括电容，所述低通滤波器包括电感。
可选地，所述控制器包括主控制单元以及多个子控制单元，所述主控制单元与每个子控制单元之间有数据连接，每个子控制单元对应一个元器件组，每个元器件组包括至少一个元器件；
所述子控制单元用于根据所述主控制单元发出的指令输出第一频率的激励电平信号，以及将接收的响应电平信号发送至所述主控制单元。
本发明的第二方面提供一种电气接线的双频检测方法，利用上述双频检测装置实现，所述双频检测方法包括以下步骤：
向所述待测端口输出第一频率的激励电平信号；
根据目标端口输入的响应电平信号是否与所述激励电平信号一致，检测待测接线端与目标接线端之间的接线是否正确；
根据参考端口输入的响应电平信号是否与所述激励电平信号一致，检测所述待测接线端与参考接线端之间的接线是否正确。
可选地，所述根据目标端口输入的响应电平信号是否与所述激励电平信号一致，检测待测接线端与目标接线端之间的接线是否正确的步骤具体包括：
若所述目标端口输入的响应电平信号与所述激励电平信号一致，则检测待测接线端与目标接线端之间的接线正确；
若所述目标端口输入的响应电平信号与所述激励电平信号不一致，则检测待测接线端与目标接线端之间的接线错误。
可选地，所述根据参考端口输入的响应电平信号是否与所述激励电平信号一致，检测所述待测接线端与参考接线端之间的接线是否正确的步骤具体包括：
若所述参考端口输入的响应电平信号与所述激励电平信号一致，则检测待测接线端与参考接线端之间的接线错误。
可选地，所述高通滤波器包括电容，所述低通滤波器包括电感。
本发明的第三方面提供一种教学实验设备，包括第一方面所述的电气接线的双频检测装置。
本发明的积极进步效果在于：通过设置与每个元器件端子对应的第一滤波器、第二滤波器以及控制器，可以实现对待测接线端与目标接线端之间的接线以及待测接线端与参考接线端之间的接线进行检测，从而可以判断接线是否正确，避免错误接线导致元器件发生损坏。
另外，还可以通过画面、声音指引的方式，逐条提示使用者按照要求接线，实时指示接线是否错误，引导使用者修正错误，适合入门者的学习要求，培养良好的接线习惯，降低教师的工作量。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的一种电气接线的双频检测装置的细节示意图。
图2为本发明实施例1提供的一种电气接线的双频检测装置的示意图。
图3为本发明实施例1提供的另一种电气接线的双频检测装置的示意图。
图4为本发明实施例2提供的一种电气接线的双频检测方法的流程图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
本实施例提供一种电气接线的双频检测装置，包括控制器、至少两个元器件、至少两个第一滤波器和至少两个第二滤波器，每个元器件的端子对应一个第一滤波器和一个第二滤波器；所述第一滤波器的一端与对应元器件的端子连接，另一端与所述第二滤波器的一端连接，形成与所述元器件对应的接线端，所述第二滤波器的另一端与所述控制器的端口连接。
所述控制器用于向待测端口输出第一频率的激励电平信号，根据目标端口输入的响应电平信号是否与所述激励电平信号一致，检测待测接线端与目标接线端之间的接线是否正确；以及根据参考端口输入的响应电平信号是否与所述激励电平信号一致，检测所述待测接线端与参考接线端之间的接线是否正确。
其中，所述待测接线端为待测第一滤波器和待测第二滤波器连接形成的接线端，所述待测端口为所述控制器中与所述待测第二滤波器连接的端口，所述目标接线端为目标第一滤波器和目标第二滤波器连接形成的接线端，所述目标端口为所述控制器中与所述目标第二滤波器连接的端口，所述目标第二滤波器为与所述待测第二滤波器有连接的第二滤波器，所述参考接线端为参考第一滤波器和参考第二滤波器连接形成的接线端，所述参考第一滤波器为除所述待测第一滤波器和所述目标第一滤波器之外的第一滤波器，所述参考第二滤波器为除所述待测第二滤波器和所述目标第二滤波器之外的第二滤波器，所述参考端口为所述控制器中与所述参考第二滤波器连接的端口。
在具体实施中，所述控制器可以为单片机，也可以为其它带有输入/输出端口的处理器，例如PLC、DSP、FPGA等。在一些例子中，上述元器件也可以称为电气模块。
需要说明的是，上述的激励电平信号与响应电平信号一致是指二者完全相同或者近似相同，上述的激励电平信号与响应电平信号不一致是指二者相差较多，例如激励电平信号为高电平信号，响应电平信号为低电平信号，则二者不一致。
在具体实施中，使用者可以根据电路图在与元器件对应的接线端上进行接线，在不同接线端子上进行接线可以实现不同元器件之间的接线。其中，所述电路图可以为实验设计的电路图，用于描述每个元器件之间的连接关系。
在可选的一种实施方式中，所述第一滤波器为低通滤波器，用于隔离频率大于第二频率的信号，所述第二滤波器为高通滤波器，用于隔离频率小于所述第二频率的信号，所述第一频率大于所述第二频率。本实施方式中，低通滤波器用于阻断第一频率的激励电平信号进入元器件，防止通过元器件传输高频信号，高通滤波器用于阻断小于第二频率的信号进入控制器的端口，防止电路产生的高压或者大电流破坏控制器。
本实施方式中，由于接线检测的低通滤波器对功率电路影响较小，因此可以适应高压大功率的电路环境，且接线的检测可以在通电的状态下进行，可以检测到调节错误、设置错误等断电状态下无法检测的数据。
在可选的一种实施方式中，所述第一滤波器为高通滤波器，用于隔离频率小于所述第二频率的信号，所述第二滤波器为低通滤波器，用于隔离频率大于第二频率的信号，所述第一频率小于所述第二频率。本实施方式中，高通滤波器用于阻断第一频率的激励电平信号进入元器件，防止通过元器件传输低频信号，低通滤波器用于阻断大于第二频率的信号进入控制器的端口，防止电路产生的高压或者大电流破坏控制器。
在具体实施中，上述高通滤波器可以包括电容，具体可以为电容式或者阻容式，上述低通滤波器可以包括电感，具体可以为电感式或者阻感式。在如图1所示的例子中，组合器件Z00包括电容C00和电感L00，与其中一个元器件的端子D00对应，电容C00的一端与电感L00的一端连接形成与元器件的端子D00对应的接线端K00，电容C00的另一端与控制器的端口P00连接。组合器件Z01包括电容C01和电感L01，与另一个元器件的端子D01对应，电容C01的一端与电感L01的一端连接形成与元器件的端子D01对应的接线端K01，电容C01的另一端与控制器的端口P01连接。控制器可以检测接线端K00与接线端K01之间的接线是否正确。
在可选的一种实施方式中，所述控制器具体用于在所述目标端口输入的响应电平信号与所述激励电平信号一致的情况下，检测待测接线端与目标接线端之间的接线正确，以及在所述目标端口输入的响应电平信号与所述激励电平信号不一致的情况下，检测待测接线端与目标接线端之间的接线错误。
在可选的一种实施方式中，所述控制器具体用于在所述参考端口输入的响应电平信号与所述激励电平信号一致的情况下，检测待测接线端与参考接线端之间的接线错误。
其中，当检测到接线错误时，可以取消整个电路的启动，以避免元器件发生损坏。当检测到所有接线正确时，触发整个电路的启动可以实现该电路对应的功能。在具体实施中，可以通过向电路电源发出相应的信号以取消或触发整个电路的启动。
下面结合图2所示的电气接线的双频检测装置详细介绍一下电气接线的检测原理。
在如图2所示的电气接线的双频检测装置中，包括控制器4、四个元器件以及九个组合部件。四个元器件分别为电源1、电阻2、灯泡3和三极管5，九个组合部件分别为组合部件Z1～Z9，每个组合部件中均包括第一滤波器和第二滤波器。电源1的D1端子对应组合部件Z1，D2端子对应组合部件Z2；电阻2的D3端子对应组合部件Z3，D4端子对应组合部件Z4；灯泡3的D5端子对应组合部件Z5，D6端子对应组合部件Z6；三极管5的D7端子对应组合部件Z7，D8端子对应组合部件Z8，D9端子对应组合部件Z9。组合部件Z1中第二滤波器的一端与控制器4的端口P1连接，组合部件Z2中第二滤波器的一端与控制器4的端口P2连接，组合部件Z3中第二滤波器的一端与控制器4的端口P3连接，组合部件Z4中第二滤波器的一端与控制器4的端口P4连接，组合部件Z5中第二滤波器的一端与控制器4的端口P5连接，组合部件Z6中第二滤波器的一端与控制器4的端口P6连接，组合部件Z7中第二滤波器的一端与控制器4的端口P7连接，组合部件Z8中第二滤波器的一端与控制器4的端口P8连接，组合部件Z9中第二滤波器的一端与控制器4的端口P9连接。
使用者可以根据电路图对图2中的元器件进行接线，接线完成后可以利用电气接线的双频检测装置检测接线端子之间的接线是否正确。其中，如图2所示，电源1的D1端与三极管5的D9端子即发射极连接，电源1的D2端子与电阻2的D3端子以及灯泡3的D5端子连接，电阻2的D4端子与三极管5的D8端子即基极连接，灯泡3的D6端子与三极管5的D7端子连接。
以待测接线端为组合部件Z1中第一滤波器和第二滤波器连接形成的接线端K1为例，目标接线端为组合部件Z9中第一滤波器和第二滤波器连接形成的接线端K9，参考接线端包括组合部件Z2～Z8中第一滤波器和第二滤波器连接形成的接线端K2～K8。控制器可以向端口P1输出第一频率的激励电平信号，若端口P9输入的响应电平信号与激励电平信号一致，则检测待测接线端K1与目标接线端K9之间的接线正确，否则，检测待测接线端K1与目标接线端K9之间的接线N5错误。若端口P2～端口P8中的任一端口输入的响应电平信号与激励电平信号一致，则检测待测接线端K1的接线有错误，连接到了除接线端K9之外的其他接线端。
以待测接线端为组合部件Z2中第一滤波器和第二滤波器连接形成的接线端K2为例，目标接线端包括组合部件Z3中第一滤波器和第二滤波器连接形成的接线端K3和组合部件Z5中第一滤波器和第二滤波器连接形成的接线端K5，参考接线端包括组合部件Z1、Z4、Z6～Z9中第一滤波器和第二滤波器连接形成的接线端K1、K4、K6～K9。控制器可以向端口P2输出第一频率的激励电平信号，若端口P3输入的响应电平信号与激励电平信号一致，则检测待测接线端K2与目标接线端K3之间的接线N1正确，否则，检测待测接线端K2与目标接线端K3之间的接线N1错误；若端口P5输入的响应电平信号与激励电平信号一致，则检测待测接线端K2与目标接线端K5之间的接线N2正确，否则，检测待测接线端K2与目标接线端K5之间的接线N2错误。若端口P1、P4、P6～P9中的任一端口输入的响应电平信号与激励电平信号一致，则检测待测接线端K2的接线有错误，连接到了除接线端K3和K5之外的其他接线端。
若所有接线端的检测均正确，则通过触发整个电路启动可以实现该电路对应的功能。
在可选的一种实施方式中，所述控制器包括主控制单元以及多个子控制单元，所述主控制单元与每个子控制单元之间有数据连接，每个子控制单元对应一个元器件组，每个元器件组包括至少一个元器件；所述子控制单元用于根据所述主控制单元发出的指令输出第一频率的激励电平信号，以及将接收的响应电平信号发送至所述主控制单元。
其中，所述主控制单元与各子控制单元之间可以通过RS485接口、RS232接口、CAN总线、以太网接口、USB接口等有线方式进行数据连接，也可以通过无线进行数据连接。
在如图3所示的电气接线的双频检测装置中，包括控制器、一个元器件、两个元器件组以及十个组合器件。一个元器件为电源Q1，其中一个元器件组包括电阻Q2和电阻Q4，另一个元器件组包括灯泡Q3和灯泡Q5，控制器包括主控制单元C0以及与电源Q1对应的子控制单元C1、与其中一个元器件组对应的子控制单元C2以及与另一个元器件组对应的子控制单元C3。子控制单元C1包括端口C1P1和端口C1P2，子控制单元C2包括端口C2P1、端口C2P2、端口C2P3、端口C2P4，子控制单元C3包括端口C3P1、端口C3P2、端口C3P3、端口C3P4。主控制单元C0通过通信链路T1分别与子控制单元C1～C3连接。具体地，可以向端口C1P2输出第一频率的激励电平信号，并根据端口C2P1输入的响应电平信号是否与激励电平信号一致检测接线M1是否正确，以及根据其他端口输入的响应电平信号是否与激励电平信号一致检测接线是否有误，其他端口同理，可以实现检测接线M2和M3是否正确。
另外，在检测接线错误的情况下还可以输出报警信息，以提示用户接线错误。所述报警信息可以为声音报警信息、震动报警信息或者灯光报警信息等。此时，用户可以手动复位报警信息并重新进行接线。
另外，本实施例提供的电气接线的双频检测装置还可以逐步提示用户接线，用户必须按照提示正确完成第一条接线后进行下一条接线工作，错误的接线将会触发错误提示。
实施例2
本实施例提供一种电气接线的双频检测方法，利用实施例1所述的双频检测装置实现，如图4所示，所述双频检测方法包括以下步骤S101～S103：
步骤S101、向所述待测端口输出第一频率的激励电平信号。
步骤S102、根据目标端口输入的响应电平信号是否与所述激励电平信号一致，检测待测接线端与目标接线端之间的接线是否正确。
步骤S103、根据参考端口输入的响应电平信号是否与所述激励电平信号一致，检测所述待测接线端与参考接线端之间的接线是否正确。
需要说明的是，步骤S102和S103的执行顺序可以为先执行步骤S102再执行步骤S103，可以为先执行步骤S103再执行步骤S102，还可以为并行执行步骤S102和S103。
在可选的一种实施方式中，步骤S102具体包括以下步骤S102a～S102c：
步骤S102a、判断所述目标端口输入的响应电平信号与所述激励电平信号是否一致，若是，则执行步骤S102b，若否，则执行步骤S102c；
步骤S102b、检测待测接线端与目标接线端之间的接线正确。
步骤S102c、检测待测接线端与目标接线端之间的接线错误。
在可选的一种实施方式中，步骤S103具体包括：若所述参考端口输入的响应电平信号与所述激励电平信号一致，则检测待测接线端与参考接线端之间的接线错误。
实施例3
本实施例通过一种教学实验设备，包括实施例1所述的电气接线的双频检测装置。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种电气接线的双频检测装置，其特征在于，包括控制器、至少两个元器件、至少两个第一滤波器和至少两个第二滤波器，每个元器件的端子对应一个第一滤波器和一个第二滤波器；
所述第一滤波器的一端与对应元器件的端子连接，另一端与所述第二滤波器的一端连接，形成与所述元器件对应的接线端，所述第二滤波器的另一端与所述控制器的端口连接；
所述控制器用于向待测端口输出第一频率的激励电平信号，根据目标端口输入的响应电平信号是否与所述激励电平信号一致，检测待测接线端与目标接线端之间的接线是否正确；以及根据参考端口输入的响应电平信号是否与所述激励电平信号一致，检测所述待测接线端与参考接线端之间的接线是否正确；
其中，所述待测接线端为待测第一滤波器和待测第二滤波器连接形成的接线端，所述待测端口为所述控制器中与所述待测第二滤波器连接的端口，所述目标接线端为目标第一滤波器和目标第二滤波器连接形成的接线端，所述目标端口为所述控制器中与所述目标第二滤波器连接的端口，所述目标第二滤波器为与所述待测第二滤波器有连接的第二滤波器，所述参考接线端为参考第一滤波器和参考第二滤波器连接形成的接线端，所述参考第一滤波器为除所述待测第一滤波器和所述目标第一滤波器之外的第一滤波器，所述参考第二滤波器为除所述待测第二滤波器和所述目标第二滤波器之外的第二滤波器，所述参考端口为所述控制器中与所述参考第二滤波器连接的端口；
其中，所述第一滤波器为低通滤波器，用于隔离频率大于第二频率的信号，所述第二滤波器为高通滤波器，用于隔离频率小于所述第二频率的信号，所述第一频率大于所述第二频率；
或者，所述第一滤波器为高通滤波器，用于隔离频率小于所述第二频率的信号，所述第二滤波器为低通滤波器，用于隔离频率大于第二频率的信号，所述第一频率小于所述第二频率。
2.如权利要求1所述的双频检测装置，其特征在于，所述控制器具体用于在所述目标端口输入的响应电平信号与所述激励电平信号一致的情况下，检测待测接线端与目标接线端之间的接线正确，以及在所述目标端口输入的响应电平信号与所述激励电平信号不一致的情况下，检测待测接线端与目标接线端之间的接线错误。
3.如权利要求1所述的双频检测装置，其特征在于，所述控制器具体用于在所述参考端口输入的响应电平信号与所述激励电平信号一致的情况下，检测待测接线端与参考接线端之间的接线错误。
4.如权利要求1所述的双频检测装置，其特征在于，所述高通滤波器包括电容，所述低通滤波器包括电感。
5.如权利要求1-4中任一项所述的双频检测装置，其特征在于，所述控制器包括主控制单元以及多个子控制单元，所述主控制单元与每个子控制单元之间有数据连接，每个子控制单元对应一个元器件组，每个元器件组包括至少一个元器件；
所述子控制单元用于根据所述主控制单元发出的指令输出第一频率的激励电平信号，以及将接收的响应电平信号发送至所述主控制单元。
6.一种电气接线的双频检测方法，其特征在于，利用权利要求1所述的双频检测装置实现，所述双频检测方法包括以下步骤：
向所述待测端口输出第一频率的激励电平信号；
根据目标端口输入的响应电平信号是否与所述激励电平信号一致，检测待测接线端与目标接线端之间的接线是否正确；
根据参考端口输入的响应电平信号是否与所述激励电平信号一致，检测所述待测接线端与参考接线端之间的接线是否正确。
7.如权利要求6所述的双频检测方法，其特征在于，所述根据目标端口输入的响应电平信号是否与所述激励电平信号一致，检测待测接线端与目标接线端之间的接线是否正确的步骤具体包括：
若所述目标端口输入的响应电平信号与所述激励电平信号一致，则检测待测接线端与目标接线端之间的接线正确；
若所述目标端口输入的响应电平信号与所述激励电平信号不一致，则检测待测接线端与目标接线端之间的接线错误。
8.如权利要求6所述的双频检测方法，其特征在于，所述根据参考端口输入的响应电平信号是否与所述激励电平信号一致，检测所述待测接线端与参考接线端之间的接线是否正确的步骤具体包括：
若所述参考端口输入的响应电平信号与所述激励电平信号一致，则检测待测接线端与参考接线端之间的接线错误。
9.如权利要求6所述的双频检测方法，其特征在于，所述高通滤波器包括电容，所述低通滤波器包括电感。
10.一种教学实验设备，其特征在于，包括如权利要求1-5中任一项所述的电气接线的双频检测装置。
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| CN202211615952.5A CN115985159A (zh) | 2022-12-15 | 2022-12-15 | 电气接线的双频检测装置及方法、教学实验设备 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116299071A (zh) * | 2023-05-18 | 2023-06-23 | 天津博益气动股份有限公司 | 压力传感器防接错线检测电路 |
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2022
- 2022-12-15 CN CN202211615952.5A patent/CN115985159A/zh active Pending
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