ITTO980452A1 - Dispositivo e metodo di rilevamento della presenza del corpo umano. - Google Patents
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Description
La presente invenzione è relativa ad un dispositivo e ad un metodo di rilevamento della presenza del corpo umano .
In particolare, la presente invenzione trova vantaggiosa, ma non esclusiva, applicazione nel campo automobilistico per comandare l'apertura automatica della serratura di un veicolo nel momento in cui un passeggero abilitato a salire sul veicolo stesso impugna la maniglia esterna della portiera, cui la trattazione che segue farà esplicito riferimento senza per questo perdere in generalità.
Sono attualmente note diverse soluzioni per il rilevamento _della presenza della mano di una persona e tra le principali le più note sono basate sul principio della detezione capacitiva, ossia sulla variazione della capacità di un condensatore dovuta al suo sfioramento da parte di un dito della persona, oppure sul principio della detezione a prossimità, ad esempio per effetto Doppler, per interruzione di un fascio luminoso, per rilevamento del calore, ecc.
Le soluzioni note sopra citate richiedono tuttavia una implementazione circuitale di per sé piuttosto complessa e costosa, e comunque di non facile applicazione nel campo automobilistico.
Scopo della presente invenzione è quello di realizzare un dispositivo ed un metodo di rilevamento della presenza del corpo umano che siano semplici ed economici .
Secondo la presente invenzione viene realizzato un dispositivo di rilevamento della presenza del corpo umano, caratterizzato dal fatto di comprendere:
- mezzi generatori di segnale generanti su una propria uscita un segnale di informazione correlato all'intensità del campo elettromagnetico intrinseco irradiato dal corpo umano; e
- mezzi<' >comparatori aventi un ingresso collegato all'uscita dei detti mezzi generatori di segnale, atti a confrontare^ il detto segnale di informazione con un valore di soglia e generanti su una propria uscita un segnale di presenza corpo umano qualora il detto segnale di informazione presenti una prima relazione prefissata con il detto valore di soglia.
Secondo la presente invenzione viene inoltre realizzato un metodo di rilevamento della presenza del corpo umano, caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di:
- generare un segnale di informazione correlato all'intensità del campo elettromagnetico intrinseco irradiato dal corpo umano;
- confrontare il detto segnale di informazione con un primo valore di soglia; e
- determinare una condizione di presenza corpo umano qualora il detto segnale di informazione presenti una prima relazione prefissata con il detto primo valore di soglia.
Per una migliore comprensione della presente invenzione viene ora descritta una forma di realizzazione preferita, a puro titolo di esempio non limitativo e con riferimento ai disegni allegati, nei quali:
la figura 1 è uno schema circuitale di un dispositivo di rilevamento della presenza del corpo umano secondo la presente invenzione; e
le figure 2-7 sono andamenti temporali di grandezze elettriche del dispositivo di rilevamento di figura 1.
In figura 1 è indicato con 1, nel suo insieme, un dispositivo di rilevamento della presenza del corpo umano.
Il dispositivo di rilevamento 1 comprende una linea di alimentazione 2 posta ad un potenziale di riferimento Vcc prefissato; una linea di massa 4; un'antenna 6 alloggiata in uso in una maniglia esterna {non illustrata) di una portiera {non illustrata) del veicolo e fornente su una propria uscita 7 un segnale di disturbo, come descritto meglio in seguito; un circuito oscillatore 8 avente un ingresso 10 collegato all'uscita 7 dell'antenna 6 ed un'uscita 12 sulla quale fornisce un segnale di tipo alternato; un circuito integratore 14 avente un ingresso 16 collegato all'uscita 12 del circuito oscillatore 8 ed una uscita 18 sulla quale fornisce un segnale di informazione anch'esso di tipo alternato; un circuito comparatore 20 avente un ingresso 22 collegato all'uscita.18 del circuito integratore 14 ed un'uscita 24 sulla quale fornisce un segnale di presenza di tipo logico indicativo dell'esito del confronto tra il segnale di informazione ed un valore di soglia; ed un circuito di uscita 26 avente un ingresso 28 collegato all'uscita 24 del circuito comparatore 20 ed una uscita 30 sulla quale fornisce un segnale di comando per l'apertura della serratura del veicolo.
Il circuito oscillatore 8 comprende un oscillatore 32 vero e proprio di tipo noto avente una frequenza di oscillazione nominale prefissata funzione dei valori dei suoi componenti costitutivi ed avente un ingresso 34 collegato all'ingresso 10 del circuito oscillatore 8 attraverso un resistore 36 ed un'uscita collegata all'uscita 12 del circuito oscillatore 8 stesso; ed un amplificatore di disturbo 38 interposto tra l'ingresso 10 del circuito oscillatore 8 e l'ingresso 34 dell'oscillatore 32, disposto in parallelo al primo resistore 36 ed avente lo scopo di iniettare nell'oscillatore 32 stesso il segnale di disturbo fornito dall'antenna 6 al fine di causare una deviazione della frequenza di oscillazione dell'oscillatore 32 stesso dal suo valore nominale.
In particolare, l'oscillatore 34 vero e proprio comprende un invertitore logico 40 avente un ingresso ed un'uscita collegati all'ingresso 34 e, rispettivamente, all’uscita 12 dell'oscillatore 32; ed un condensatore 42 ed un resi'store 44 disposti fra loro in serie e collegati fra l'ingresso 10 e l'uscita 12 del circuito oscillatore 8.
L'amplificatore di disturbo 38 comprende tre invertitori logici 46, 48, 50 disposti fra loro in cascata e definenti complessivamente un nodo di ingresso collegato all'ingresso 10 del circuito oscillatore 8 attraverso un resistore 52 ed un nodo di uscita collegato all'ingresso 34 dell'oscillatore 32.
Il circuito integratore 14 comprende un invertitore logico 54 avente un ingresso collegato all'ingresso del circuito integratore 14 attraverso un diodo 56 ed un'uscita collegata all'uscita 18 del circuito integratore 14 stesso; un condensatore 57 interposto tra l'ingresso dell'invertitore logico 54 e la linea di massa 4; ed un resistore 58 di tipo variabile disposto in parallelo al condensatore 56.
In particolare, il diodo 56 ha l'anodo collegato all'ingresso 16 del circuito integratore 14 ed il catodo collegato all'ingresso dell'invertitore logico 54.
Il circuito comparatore 20 comprende un invertitore logico 60 avente un ingresso collegato all'ingresso 22 del circuito comparatore 20 attraverso un diodo 62; un condensatore 64 interposto fra la linea di alimentazione-2 e l'ingresso dell'invertitore logico 60; ed un resistore 66"ed un diodo 68 disposti fra loro in serie ed interposti fra l'ingresso dell'invertitore logico 60 e la linea di massa 4.
In particolare, il diodo 62 ha l'anodo collegato all'ingresso 22 del circuito comparatore 20 ed il catodo collegato all'ingresso dell'invertitore logico 60, mentre il diodo 68 ha l'anodo collegato, attraverso il resistore 66, all'ingresso dell'invertitore logico 60 ed il catodo collegato alla linea di massa 4.
Il condensatore 64 è dimensionato in modo tale da far si che quando l'oscillatore 32 presenta frequenza di oscillazione pari alla propria frequenza di oscillazione nominale, l'ingresso dell'invertitore logico 60 sia posto ad una tensione prefissata maggiore della tensione di soglia di commutazione dell'invertitore logico 60 stesso e quindi il segnale di presenza presente sull'uscita di tale invertitore assuma un livello logico basso. Il valore della tensione dell'ingresso dell'invertitore logico 60 quando l'oscillatore 32 presenta frequenza di oscillazione pari alla propria frequenza di oscillazione nominale definisce, come sarà più chiaro in seguito, il valore di soglia con cui il segnale di informazione fornito dal circuito integratore 14 viene confrontato.
Il circuito di uscita 26 comprende un transistore bipolare 70 "di tipo NPN avente terminale di collettore collegato, attraverso un resistore 72, all'uscita 30 del circuito di_uscita 26 stesso, terminale di emettitore collegato alla linea di massa 4 e terminale di base collegato, attraverso un resistore 74, all'ingresso 28 del circuito di uscita 26 stesso.
Il circuito di uscita 26 comprende inoltre un resistore 76 interposto fra il terminale di base ed il terminale di emettitore del transistore bipolare 70 ed un condensatore 78 interposto fra l'ingresso 28 del circuito di uscita 26 ed il terminale di emettitore del transistore bipolare 70.
Il funzionamento del dispositivo di rilevamento 1 si basa sul principio di rilevare, mediante l'antenna 6, il campo elettromagnetico intrinseco irradiato dal corpo umano, ed in particolare dalla mano della persona che si accinge ad impugnare la maniglia esterna del veicolo, e generare un segnale di disturbo correlato all'intensità di tale campo elettromagnetico; iniettare il segnale di disturbo nell'oscillatore 32 attraverso l'amplificatore di disturbo 38 al fine di far deviare l'oscillatore 32 stesso dalla sua frequenza di oscillazione nominale;· integrare il segnale fornito in uscita dall'oscillatore per generare un segnale di informazione correlato alla deviazione di frequenza indotta dal segnale di disturbo; comparare tale segnale di informazione con un valore di soglia; e rilevare una condizione di presenza della mano della persona qualora tale segnale di informazione presenti una relazione prefissata con il suddetto valore di soglia ed in particolare qualora la deviazione di frequenza indotta dal segnale di disturbo sia maggiore o uguale ad un valore di soglia.
Pertanto, in condizioni di assenza della mano di una persona in prossimità della manìglia esterna del veicolo non si ha il rilevamento di alcun campo elettromagnetico irradiato dal corpo umano e la conseguente generazione del segnale di disturbo.
Di conseguenza, non si ha iniezione di un segnale di disturbo nell'oscillatore 32, il quale genera quindi sulla propria uscita un segnale alternato avente frequenza pari alla propria frequenza nominale.
Come precedentemente detto, quando l'oscillatore 32 presenta una frequenza di oscillazione pari alla propria frequenza di oscillazione nominale, il segnale di informazione fornito al circuito comparatore 20 è tale che il segnale di presenza assuma un livello logico basso indicativo di una condizione di assenza della mano della persona.
Il segnale di presenza generato dal circuito comparatore 20 viene quindi fornito al circuito di uscita 26, 'il quale, presentando una configurazione invertente, genera sulla propria uscita 30 un segnale di comando anch'esso di tipo logico assumente il livello logico alto.
Nel momento in cui la mano di una persona abilitata a salire sul veicolo si trova nelle immediate vicinanze della maniglia esterna del veicolo, ad esempio a 3-5 cm da essa, il campo elettromagnetico intrinseco irradiato dalla mano viene captato dall'antenna 6, la quale genera in uscita un segnale di disturbo che viene iniettato nell'oscillatore 32 attraverso l'amplificatore di disturbo 38.
Il segnale di disturbo determina quindi una variazione della frequenza di oscillazione dell'oscillatore 32 dal suo valore nominale ed in particolare determina una riduzione della frequenza del segnale intermedio presente sull'uscita l'oscillatore 32 stesso.
La deviazione dell'oscillatore 32 dalla sua frequenza di oscillazione nominale determina una variazione del segnale di informazione presente all'uscita del circuito integratore 14 ed in particolare determina una riduzione della sua frequenza ed una riduzione del suo valor medio.
In particolare, il valor medio del segnale di informazione-risulta tale da modificare il valore della tensione all'ingresso dell'invertitore logico 60 imposto dal condensatore 64 ed in particolare è tale da ridurre il valore di tale tensione fino ad un valore inferiore alla soglia di commutazione dell'invertitore logico 60 stesso.
Tale riduzione determina di conseguenza una commutazione del segnale di presenza generato dal circuito comparatore 20 dal livello logico basso ad un livello logico alto indicativo pertanto di presenza della mano della persona.
Il segnale di presenza generato dal circuito comparatore 20 viene quindi fornito al circuito di uscita 26, il quale genera sulla propria uscita 30 un segnale di comando assumente il livello logico basso.
Tale segnale di comando può quindi essere utilizzato per comandare l'apertura della serratura del veicolo in presenza della mano del conducente ed in tal modo nel momento in cui la persona abilitata a salire sul veicolo ha impugnato fisicamente la maniglia stessa la serratura del veicolo risulta già aperta.
Nelle figure 2-7 sono mostrati, a titolo di esempio, gli andamenti temporali di alcuni segnale del dispositivo di rilevamento 1.
In particolare, nelle figure 2 e 3 sono mostrati l'andamento temporale dei segnali presenti sull'uscita dell'invertitore logico 46 dell'amplificatore di disturbo 38_in assenza della mano e, rispettivamente, in presenza della mano e come si può notare il segnale di disturbo iniettato nel circuito oscillatore 8 determina una riduzione della frequenza di tale segnale, nonché una distorsione della sua forma ed un aumento dell'ampiezza picco-picco.
Nelle figure 4 e 5 sono invece mostrati l'andamento temporale dei segnali presenti sull'uscita 12 del circuito oscillatore 8 in assenza della mano e, rispettivamente, in presenza della mano e come si può notare il segnale di disturbo iniettato nel circuito oscillatore 8 determina una diminuzione della frequenza di oscillazione nominale del segnale di uscita dell'oscillatore 32 e sostanzialmente nessuna variazione dell'ampiezza picco-picco di tale segnale.
Nelle figure 6 e 7 sono invece mostrati gli andamenti temporali dei segnali presenti all'ingresso dell'invertitore logico 60 del circuito integratore 14 in assenza della mano e, rispettivamente, in presenza della mano e come si può notare la presenza del segnale di disturbo determina una riduzione della frequenza del segnale presente all'ingresso dell'invertitore logico ed un aumento dell'ampiezza picco-picco, nonché una variazione dèlla forma di tale segnale ed una riduzione del suo valor medio.
Come precedentemente detto, la serratura del veicolo si apre automaticamente in presenza della mano di una persona che si accinge ad impugnare la maniglia esterna del veicolo.
Risulta evidente che tale apertura deve essere permessa solo a condizione che la persona che impugna la maniglia esterna sia abilitata a salire a bordo del veicolo.
A tale scopo, il dispositivo di rilevamento 1 sopra descritto coopera in uso con un dispositivo di riconoscimento della persona che impugna la maniglia esterna del veicolo (non descritto nella presente trattazione in quanto non facente parte della presente invenzione) avente lo scopo di comandare il disinserimento della sicura della serratura del veicolo in caso di riconoscimento della persona o delle persone abilitate a salire sul veicolo, in modo che il segnale di comando fornito dal dispositivo di rilevamento 1 possa abilitare l'apertura della serratura nel momento in cui la mano della persona abilitata si trovi in prossimità della maniglia esterna del veicolo.
Da un esame delle caratteristiche del dispositivo di- rilevamento 1 secondo la presente invenzione sono evidenti i vantaggi che essa consente di ottenere.
Innanzitutto, esso risulta circuitalmente semplice, presenta ingombri e costi ridotti in quanto utilizza un limitato numero di componenti elettronici comunemente reperìbili in commercio e presenta consumi dell'ordine di 15 μΑ, decisamente inferiori di quelli dei dispositivi di rilevamento noti.
Inoltre, come sopra detto il dispositivo di rilevamento 1 secondo la presente invenzione consente l'apertura della serratura del veicolo in modo automatico all'avvicinamento della mano della persona alla maniglia esterna del veicolo e pertanto non risulta necessario dotare il veicolo di una maniglia esterna provvista di leva per l'apertura manuale della serratura ma è sufficiente utilizzare una maniglia esterna di tipo fisso, con conseguente riduzione dei costi di fabbricazione del veicolo stesso dovuti alla semplificazione della maniglia.
Inoltre, il dispositivo di rilevamento 1 secondo la presente invenzione può essere utilizzato per la detezione del corpo umano o di una parte di esso per diverse altre applicazioni, come ad esempio lo sblocco di un qualsiasi altro automatismo del veicolo in presenza di una parte del corpo umano, la detezione della presenza delle mani per motivi di prevenzione infortuni nelle macchine operatrici (presse, trance, ecc.), la detezione di una parte del corpo umano a fini di sicurezza (controllo di un antifurto del veicolo, di un antifurto per opere d'arte, ecc.), la detezione del corpo umano per controllo di accessi, ecc.
Risulta infine chiaro che al dispositivo ed al metodo di rilevamento qui descritti ed illustrati possono essere·apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall'ambito protettivo della presente invenzione .
Claims (1)
- R I V E N D I C A Z I O N I 1.- Dispositivo di rilevamento della presenza del corpo umano, caratterizzato dal fatto di comprendere: - mezzi generatori di segnale (6, 8, 14) generanti su una propria uscita (18) un segnale di informazione correlato all'intensità del campo elettromagnetico intrinseco irradiato dal corpo umano; e - mezzi comparatori (20) aventi un ingresso (22) collegato all'uscita (18) dei detti mezzi generatori di segnale (8, 14), atti a confrontare il detto segnale di informazione con un valore di soglia e generanti su una propria uscita<" >(24) un segnale di presenza corpo umano qualora il detto segnale di informazione presenti una prima relazione prefissata con il detto valore di soglia . 2. - Dispositivo di rilevamento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi genera-tori di segnale (6, 8, 14) comprendono: - mezzi convertitori (6) generanti su una propria uscita (7),. un segnale di disturbo correlato all'intensità del campo elettromagnetico intrinseco irradiato dal corpo umano; - mezzi oscillatori (32) aventi una frequenza di oscillazione nominale prefissata ed aventi un ingresso (34) collegato all'uscita (7) dei detti mezzi convertitori (6) attraverso primi mézzi resistivi (36) ed un'uscita (12) collegata all'uscita (18) dei mezzi generatori di segnale (8, 14) stessi; e - mezzi amplificatori (38) interposti fra l'uscita (7) dei detti mezzi convertitori (6) e l'ingresso (34) dei detti mezzi oscillatori (32) e disposti in parallelo ai detti primi mezzi resistivi (36) per iniettare il detto segnale di disturbo nei mezzi oscillatori (32) stessi per causare una variazione della loro frequenza di oscillazione dal suo valore nominale; il detto segnale di informazione essendo correlato alla variazione della frequenza di oscillazione dei detti mezzi oscillatori (32). 3.- Dispositivo di rilevamento secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi oscillatori (32) comprendono primi mezzi invertitori logici (40) interposti fra l'ingresso (34) e l'uscita (12-)<' >dei mezzi oscillatori (32) stessi; e primi mezzi capacitivi (42) e secondi mezzi resistivi (44) disposti fra loro in serie ed interposti tra l'uscita (7) dei detti mezzi convertitori (6) e l'uscita (12) dei mezzi oscillatori (32) stessi. 4.- Dispositivo di rilevamento secondo la rivendicazione 2 o 3, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi amplificatori (38) comprendono almeno secondi, terzi e quarti mezzi invertitori logici (46, 48, 50) disposti fra loro in cascata. 5.- Dispositivo di rilevamento secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che i detti secondi, terzi e quarti mezzi invertitori logici (46, 48, 50) definiscono un nodo di ingresso collegato all’uscita (7) dei detti mezzi convertitori (6) attraverso terzi mezzi resistivi (52) ed un nodo di uscita collegato all'ingresso (34) dei detti mezzi oscillatori (32). 6.- Dispositivo di rilevamento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 5, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi convertitori comprendono un 'antenna (6). 7.- Dispositivo di rilevamento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 6, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi generatori di segnale (6, 8, 14) comprendono inoltre mezzi integratori (14) aventi un ingresso collegato all'uscita (12) dei detti mezzi oscillatori (32) ed un'uscita collegata all'uscita (18) dei mezzi generatori di segnale (6, 8, 14) stessi. 8.- Dispositivo di rilevamento secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi integratori (14) comprendono quinti mezzi invertitori logici (54) aventi un ingresso collegato all'ingresso dei mezzi integratóri (14) stessi attraverso primi mezzi interruttori unipolari (56) ed un'uscita collegata dei detti mezzi integratori (14); e secondi mezzi capacitivi (57) interposti tra l'ingresso dei detti quinti mezzi invertitori logici (54) ed una linea di massa (4). 9.- Dispositivo secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi integratori (14) comprendono inoltre quarti mezzi resistivi (58) di tipo variabile interposti tra l'ingresso dei detti quinti mezzi invertitori logici (54) e la detta linea di massa (4). 10.- Dispositivo secondo la rivendicazione 8 o 9, caratterizzato dal fatto che i detti primi mezzi interruttori unipolari comprendono un primo diodo (56) avente l'anodo collegato all'ingresso (16) dei detti mezzi integratori (14) ed il catodo collegato all’ingresso'<" >dei detti quinti mezzi invertitori logici (54). 11.- Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 8 a 10, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi comparatori (20) comprendono sesti mezzi invertitori logici (60) aventi un ingresso collegato all'ingresso (22) dei mezzi comparatori (20) stessi attraverso secondi mezzi interruttori unipolari (62) ed un'uscita collegata all'uscita (24) dei detti mezzi comparatori (20); terzi mezzi capacitivi (64) interposti fra una linea di alimentazione (2) e l'ingresso dei detti sesti mezzi invertitori logici (60); e quinti mezzi resistivi (66) e terzi mezzi interruttori unipolari (68) disposti fra loro in serie ed interposti fra l'ingresso dei detti sesti mezzi invertitori logici (60) e la detta linea di massa (4). 12.- Dispositivo di rilevamento secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che i detti secondi mezzi interruttori unipolari comprendono un secondo diodo (62) avente l'anodo collegato all'ingresso (22) dei detti mezzi comparatori (20) ed il catodo collegato all'ingresso dei detti sesti mezzi invertitori logici (60) e dal fatto che i detti terzi mezzi interruttori unipolari comprendono un terzo diodo (68) avente l'anodo collegato, attraverso i detti quinti mezzi resistivi (66), all'ingresso dei detti sesti mezzi invertitori logici (60) ed il catodo collegato alla detta linea di massa (4). 13.- Metodo di rilevamento della presenza del corpo umano, caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di: - generare un segnale di informazione correlato all'intensità del campo elettromagnetico intrinseco irradiato dal corpo umano; - confrontare il detto segnale di informazione con un primo valore di soglia; e determinare una condizione di presenza corpo umano qualora il detto segnale di informazione presenti una prima relazione prefissata con il detto primo valore di soglia. 14.- Metodo secondo la rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che la detta fase di generare un segnale di informazione comprende le fasi di: generare un segnale di disturbo correlato all'intensità del campo elettromagnetico intrinseco irradiato dal corpo umano; - iniettare il detto segnale di disturbo in mezzi oscillatori (32) aventi una propria frequenza di oscillazione nominale prefissata per causare una deviazione della frequenza di oscillazione dei mezzi oscillatori '(32) stessi dal suo valore nominale; e - generare il detto segnale di informazione in funzione della detta deviazione di frequenza. 15.- Metodo secondo la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che il detto segnale di disturbo è generato mediante un'antenna (6) in prossimità della quale il corpo umano viene a disporsi. 16.- Metodo secondo la rivendicazione 14 o 15, caratterizzato dal fatto che la detta fase di generare il detto segnale di informazione in funzione della detta deviazione di frequenza comprende la fase di integrare il segnale fornito in uscita dai detti mezzi oscillatori (32). 17.- Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 14 a 16, caratterizzato dal fatto che la detta fase di iniettare il detto segnale di disturbo comprende la fase di amplificare il detto segnale di disturbo . 18.- Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 14 a 17, caratterizzato dal fatto che la detta prima relazione prefissata è definita dalla condizione che la deviazione di frequenza indotta dal detto segnale di disturbo sia maggiore o uguale di un secondo valore di soglia. 19.- Dispositivo e metodo di rilevamento della presenza del corpo umano, sostanzialmente come descritti con riferimento ai disegni allegati.
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