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CN106470519A - 无线照明控制系统及其应用 - Google Patents

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CN106470519A
CN106470519A CN201610697914.7A CN201610697914A CN106470519A CN 106470519 A CN106470519 A CN 106470519A CN 201610697914 A CN201610697914 A CN 201610697914A CN 106470519 A CN106470519 A CN 106470519A
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周光明
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Abstract

本发明主要涉及一种无线照明控制系统及其应用，特别适用于商业上的应用。该无线照明控制系统主要包括为上述照明控制系统的运作制定的通信协议，该协议允许用户远程的控制开或关、配置不同的布局和设置，并且为不同类型的照明装置(包括LED指示灯组)的运行安排时间。

Description

无线照明控制系统及其应用
[技术领域]
本发明主要涉及无线照明控制系统及其应用，尤其适用于商业上的应用。所述无线照明控制系统主要包括为上述照明控制系统的运作制定的通信协议，该协议允许用户远程的控制开或关、配置不同的布局和设置，并且为不同类型的照明装置(包括LED指示灯组)的运行安排时间。这个无线照明系统也可以与现有的照明装置一起使用。
[背景技术]
为了控制能源的滥用，在商业场所或者公共场所有个有效的措施来调节照明是非常重要的，即办公室、工厂、旅店、医院、展厅、火车站和街道等。
有些手动装置使用特定的开关以打开或者关闭单个或者照明装置组。用户可以通过打开或者关闭墙上的开关来控制灯光。在建造或者翻修阶段预先确定灯或者灯组的开关控制。因此，预计最后离开办公室的人将手动使用开关把灯关闭。
为了减少因人们留灯的不必要地能源浪费，有些人可能选择投资在基于计时器的照明控制系统。这个计时器系统允许用户手动预设操作的时间，根据一周的时间来控制不同的灯组在该预设的时间将打开或者关闭。
根据现有的灯具在翻修或者建造阶段是如何连接在一起的，用户不能自由地决定他们希望怎么样设置和分类灯具。例如，如果开关1被连线来控制大厅和接待区域的灯，用户只能安装定时器以控制在大厅灯和接待室灯的运转。如果用户希望为这两个区域分别控制和设置时间，他们这样做将需要重新连线。
ZigBee是一种覆盖较大区域的低功耗无线局域网络(WLANs)的网状网络规范。它是全球性开放的无线高级通信协议的语言。基于IEEE 802.15.4标准,ZigBee可以被用于从小型的、低功耗的无线电通信中创建个人局域网络。根据输出功率和环境特点，ZigBee设备可以通过中间设备的网状网络来传递数据以达到更远距离的数据传输。ZigBee网络被250比特/秒速率定义的128位对称加密密钥所保护，这意味着他们最适合从传感器或者输入设备传输间隙性数据。
利用ZigBee技术，本发明提出一种新颖的智能照明控制系统，这是允许用户在任意地点远程地(1)控制、(2)设置以及(3)安排任意现有照明装置的无线照明控制解决方案。
本发明所提出的照明控制系统的主要优点是超越了独立的照明控制或者传统的手动开关，能够从一个用户界面控制单个灯或者灯组，并且可以在无论是现有的电路线路还是现有的照明装置中使用。通过用户设备控制多个光源，这能够允许创建复杂的照明场景。一个房间可能预先设定多个场景，房间的每个场景被创造为不同的功能。照明控制系统的主要好处是减少能源消耗。当不使用时，调暗或者关闭灯还增加了灯的寿命。
无线照明控制系统额外的好处是降低安装成本和增加放置开关和传感器的灵活性。
除了安装传统的计时器来控制灯的操作之外，在市场上还有其他所谓的“智能照明”。在本发明的系统和传统的系统之间具有几个较为有利的差异：
传统的智能照明主要集中于智能家居市场，而本发明提出的系统的主要对象是能够控制商业建筑或者公共场所中各种各样灯光模式的大型照明网络。
所有传统的智能照明系统使用WIFI作为它们的通信协议。本发明提出的无线照明控制系统通过其新的无线通信协议，适用于较大范围的区域。
所有传统的智能照明需要用户购买一套新的照明部件作为在照明装置中嵌入所谓的智能构件。本发明提出的无线照明控制系统特别适合改造应用，因为它可以在所有现有的灯具上重新使用，不用购买新的灯具，或者也可以在新灯具上使用。
由于WIFI专属的网络限制，所有其他的智能照明允许用户打开或者关闭有限数量的照明单元，尤其是在网络中有高达10个照明单元。本发明提出的无线照明控制系统对于连接至网络的照明装置没有数量上的限制。
本发明的目的在于提出一种新颖的无线照明控制系统，特别是在商业或者公共场所控制和管理灯的运行。所述无线照明控制系统为用户控制灯的运行提供灵活性很高的水平，并最大限度地从照明系统中节约能源，无需重新布线或者/和购买新的灯具。
本发明的另一个目的在于提出一种控制照明装置的方法，优选地在位于远程位置的上述无线照明控制系统的大量个人网络，优选地创建ZigBee网状网络。
进一步地，本发明的另一个目的在于提出一种基于网络的控制平台,安装在上述无线照明控制系统中的数据处理单元、控制单元和传输单元。所述控制平台的特点是从台式计算机或者联网设备(即移动电话)发送数据至照明控制系统(所述系统的网关模块)的上述数据处理单元，并且所述控制平台进一步的特点是从系统的网关模块传输无线指令至一个或者多个控制器，负责为照明装置提供电力。
进一步地，本发明的另一个目的在于提供一种使用上述无线照明控制系统的无线照明控制方法。所述方法包括(1)选择任意照明组来同步无线控制；(2)为单个照明装置或者照明装置组制定无线照明控制计划，在任意选定的日期和时间接通或者关闭电源，或者延迟已经制定的计划；(3)在网关模块的存储器中存储一个照明装置或者照明装置组的无线照明控制指令，以在将来的任何时间内实现所述指令。
[发明内容]
本发明主要涉及一种在商业上应用的智能照明控制解决方案。作为上述系统的一个内部组成部分，它是包括强大的无线通信协议的独立的照明控制系统。所述无线照明控制系统允许用户远程控制开或关、配置不同的布局和设置，并且为不同类型的照明装置的运行安排时间(包括LED指示灯组)。
所述无线照明控制系统是智能建筑和办公应用的理想选择，为用户提供显著的节约能源、提高成本和运营效率。其旨在提供任意数量现有照明装置的基于网络的智能控制。
所述无线照明控制系统包括覆盖较大区域的低功耗无线局域网络(WLANs)的网状网络规范。所述自定义的网状网络的照明控制系统可以被用于从小型的、低功耗的无线电通信中创建个人局域网络，最好是作为ZigBee网状网络来创建。根据输出功率和环境特定，所述系统可以通过中间设备的网状网络来传递数据以达到更远距离的数据传输。在所述系统的一个最优选的实施方式中，所提出的无线照明控制系统的无线网状网络被特定速率的对称加密密钥所保护，这意味着他们最适合从传感器或者输入设备传输间歇性数据。
利用特定的无线网状网络以及从传感器或者输入设备传输间歇性数据的模块，本发明的无线照明控制系统是这样设计的，它允许用户在任意地点远程地(1)控制、2)设置以及(3)安排任意照明装置。
本文所揭露的无线照明控制系统基本由三个主要部分组成，即(1)网关，(2)无线的控制器，(3)基于网络的控制平台。
网关是该系统的关键组成部分。所述网关包括数据模块、处理器模块、网络模块和数据警报模块。所述数据模块接收由网络主机服务器提供的所有指令数据，基本上是由用户使用台式计算机或者任何能够联网的设备发送的。网关的处理器模块处理所有数据库中可选的指令数据。网络模块主要用于创建个人网状网络，优选地创建ZigBee网状网络，其中通过所述个人网络覆盖所提出的无线照明控制系统来控制和管理所有的照明装置。网关的数据警报模块产生命令数据，并在所述个人网状网络中将其作为RF通信(或者信标)远程地放置控制器，其中，所述命令数据是特别地基于用户提供的的指令。
网关模块接收来自于用户采用任何无线通信的软件平台和/或者任意可连网设备的指令(开或者关)，另外该指令也被称为信标。通过定义的无线网状网络及其间歇性数据传输模块，该指令传达至与一个或者多个现有照明装置电连接的每一个控制器。从软件平台或者移动应用程序中，用户可以远程控制任何连接的照明装置的开或者关的功能。另外,用户可以很容易地设置属于任何组的单个照明装置，并独立于现有的电线布局。此外,当用户想在不同日期打开/关闭灯时，可以预先加载万年历和时间表。
远距离控制开/关：
用户可以很容易从任何计算机或者可联网设备远程控制单个灯或者灯组的开/关操作。当用户通过计算机或者移动应用程序中转开关发送命令，该命令控制从主电源向灯供应的电流流动，以接通或者断开灯。
所述无线照明控制系统是可编程系统，该系统支持将多个连接的电子设备分组到不同的区域。区域内的设备可以被一起控制。它们可能延迟开/关(例如延迟1小时)，也可以基于任何一天(例如星期日)和/或者时间(例如每个星期一至星期五上午9点)计划开/关。该系统具有时区支持的内部时钟，该时区不断地使用NTP协议与互联网时间服务器(例如香港天文台)同步。即使从互联网断开，这使得系统也能够精确地运行。
分组:
在软件平台中,用户可以很容易地拖放任何一个或者多个照明装置(根据每个控制器唯一的ID)与现有的照明装置连线在一起以形成独立组。用户可以很容易地将餐厅灯与地下停车场的灯作为单独的组设置和分类在一起。
无线照明控制系统中的每一个连接设备都有唯一的标识符。可以通过API检索唯一的标识符，并且用于标识和进一步控制(例如延迟开/关)。个人设备也可以分到不同的区域。区域内的设备可以自由的移动出入。每个区域分配有生成唯一标识符的系统，所有操作都是通过API提供的区域标识符或者设备标识符来执行。
日程安排:
本发明提供的无线照明控制系统的另一个重要特点是在其网络中调度照明功能。该系统的软件平台预装了日历，最好是三年的并在系统中带有所有公共假期的日历。用户可以很容易选择并确定他们想在工作日或者假期期间如何操作办公室的照明装置。
[附图说明]
所述无线照明控制系统，其硬件和各种组件，以及所述系统的应用对于使用台式计算机或者联网设备控制多个照明装置是在下文中特定代表图的辅助下充分地描述了所述系统的较佳实施方式。
图1所示为使用无线照明控制系统的示意图，代表了通过台式计算机或者其他联网设备来控制照明装置的完整方法；
图2所示为使用所述无线照明控制系统用来控制照明装置的原理方案示意图；
图3(a)所示为所述无线照明控制系统的网状网络的基本模块示意图，包括与照明装置相关的网关模块和多个控制器模块；
图3(b)所示为网关模块的基本硬件示意图；
图3(c)所示为控制器及其运作计划示意图；
图4所示为通过所述无线照明控制系统对个人网状网络系统中的多个照明装置之中选择一组进行无线同步控制的一个可选方案的示意图；
图5所示为通过所述无线照明控制系统对个人网状网络系统中的多个照明装置之中选择一组进行无线同步控制的另一个可选方案的示意图。
[具体实施方式]
图1示意了用于控制不同类型照明装置分布的基本运作方案。用户从他的台式计算机或者像移动电话这样的联网设备(201)指示网关(202)，因此，网关(202)的数据模块接收指令数据并且将其转发至处理器模块做进一步处理。在所述无线照明控制系统提出的个人网状网络中，网关(202)的处理器模块用于处理从设备(201)接收的无线数据/指令以作为每个用于照明装置(单个或者成组)的可选的控制模式。通过在内存中已经选择的数据警报模块将命令发送至每个控制器(203)，以便于这些控制器(203)因此而遵照所述网关(202)的命令为它们相应的照明装置(204)接通或者关闭电源。网关(202)和控制器(203)连接于电源(205)。
图2示意了所述照明控制系统在主要供电单元(交流电供应器)(306)和照明装置(301)之间的交互，其中网关(305)包括所述控制系统的处理器(304)、控制器(302)，并与所述照明装置(301)进行组装。
当网关(305)装有继电器开关(303)时，通过其处理器(304)向控制器(302)发送命令以对照明装置(301)用一个简单的高/低信号控制电流的流动。从所述网关(305)无线数据传输至所述控制器(302)，用户指示了可选的功能并支持切换开关(307)、LED指示灯(308)、以及功能按键(309)。
在图3(a)和图3(b)中的网关(401)是该系统的重要组成部分。通过标准的RJ45连接器(407)连接包括WIFI或者LAN的任何无线装置，网关从用户的台式计算机或者任意联网设备接收指令。在网关(401)内，优选的是片上系统(SoC)(405)，它将处理从客户端输入的指令。
SOC(405)是主要控制芯片板，嵌入所有数据处理规定，优选地包括数据模块和处理器模块。使用高效的DMA引擎和硬件数据处理加速器,SoC(405)为用户应用程序释放CPU。网关(401)的内部也集成有芯片组(406)和SoC(405)。这些芯片组(405)和(406)被集成组合在一起，并且包括数据模块、处理器模块和网络模块。适当地嵌入式芯片组(406)以及优选高性能的ZigBee射频收发器，包括在系统内的可编程快闪，从而因此能够为所述系统的运作形成强大的个人ZigBee网络，特别是能够使网关(401)与一个或者多个控制器(402)、(403)、(404)等进行通信，由(414)提供网络中的n个控制器。
网关中的所述SoC(405)是在主控制芯片中实现整个所述系统的无线照明控制功能。它还主要负责以太网管理、软件应用程序编程接口(API)管理、其自身ZigBee网络管理、命名节点装置、群控节点装置、对节点装置进行时间控制、以及对节点装置进行状态控制。芯片组(406)是这样与所述SoC(405)进行配置的，从而通过个人网状网络在无线照明控制中相互补充它们的功能。
所述片上系统(SoC)(405)主要提供数据模块和处理器模块，并且处理指令时间以开/关一个或者多个照明装置，或者在新组中重新配置照明装置，或者重新安排它们开/关的时间。SoC(405)主动与芯片组(406)集成在一起及其制定的规定，处理器模块若不是将相应的数据传输至数据警报单元，以向当前处于远程位置的控制器发送指示命令，就是将该数据存储至内存器以在将来应用。
图3(a)和(c)示意的控制器(402)、(403)、(404)也被称为从网关(401)接收RF通信(或者信标)的端点。当它接收信标时，控制器模块(409)将解码和响应照明装置的开灯或者关灯的指令。控制器模块(409)通过交流电(AC)到直流电(DC)5V/500mA(410)从主电源(输入AC 220V)(411)将主要交流电源转换成的直流电源来获得电力。控制器在固定的时间间隔内接收信标并在传递信标的期间，控制器处于低功耗的休眠状态。当发送一个信标时，将激活控制器。每个控制器都在芯片组中分配一个唯一的ID代码。这允许用户识别每个控制器，并将特定的功能分配给一个或者一组ID。每个控制器配有中间装置的一个10A的继电器开关(开关10A250VAC)(412)，可以对照明装置(301)用一个简单的高/低信号控制电流的流动。
如图1至5所示的该无线照明控制系统最优选的实施例中，用户可以很容易地从台式计算机或者任意联网设备远程控制单个等或者灯组的开/关操作。当用户通过计算机或者移动应用程序的继电器开关(412)发送命令时，其控制从主电源(411)流向灯的电流的流动，以开或者关灯(输出AC 220V)(413)。
无线照明控制系统中每个连接的照明装置都具有唯一标识符，该标识符具有与该特定照明装置相连的控制器。因此，如图4所示，所述控制系统的网关(501)通过API读取所述唯一的标识符，并且用于标识和进一步控制(例如延迟开/关)。用户可以将单个照明装置分为不同的区域，例如像用于远程控制的照明装置(连接指示灯组)(502)、(503)和(504)。在所提出的无线照明控制系统的网状网络中，用户可以将每个照明装置配置到不同的组区,特别是通过台式计算机或者任意联网设备发送一个或者另一个可选指令至系统的网关(ZigBee网关读取和无线控制每个ZigBee照明控制器)(501)控制器，并且在本文所提出的用户计算机中的无线照明控制系统软件平台或者这样的其他网络设备中提供了简单的拖放功能。可以在该区域内自有地移动照明装置。每个照明区域分配有系统产生的唯一标识符，所有的操作都是通过提供区域标识符或者设备标识符来执行(API)。尽管无线控制系统适用于所有的照明装置，单个的或者分组的方式，在本系统的网状网络中，这样的照明装置也与手动开关(505)相连接，单独的或者在一组特定的照明装置中。如图4所示，现有的手动开关(墙上的插头)(505)控制每排灯。
请再次参照图5所示的另一个照明装置的布局场景，其中，用户可以轻松地重新布置照明装置的分组，如图4所示为不同的远程控制组。图4中的三组照明装置(502)、(503)和(504)被选择重新分为六组，即用于远程控制的照明装置(506)、(507)、(508)、(509)、(510)和(511)。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无线照明控制系统及其应用，所述系统是可编程系统，其特征在于，包括网关、至少一个控制器以及基于网络的控制平台，所述网关通过无线通信连接至台式计算机或者联网设备，每个所述控制器远程连接一个照明装置并与所述网关无线配置在一起；以及
所述无线照明控制系统用于控制一个照明装置或者照明装置组，处于所述无线照明控制系统的个人网状网络中的远程位置，通过所述联网设备或者所述计算机从远程位置传送用户指令至所述系统的所述网关，在确定的时间或者未来任意延迟的时间对所述一个或者多个照明装置的一个或者多个组进行照明装置电源的控制。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述网关包括数据模块、处理器模块、网络模块和数据警报模块，主要包括作为主控制板芯片与其他芯片组集成的嵌入式芯片组的片上系统(System On a Chip，SoC)，用于创建个人网络，所述网关用于：
所述数据模块通过软件平台和/或者任意联网设备接收来自于用户的指令数据(开/关)；
所述处理器模块处理接收到的指令或者是预先加载至数据库中的数据，以对位于网络中的所述一个或者多个照明装置的电源进行控制；
所述网络模块创建所述控制器的个人网状网络，在远程位置与所述照明装置进行组合，优选创建ZigBee网状网络；以及
所述数据警报模块产生命令数据并在所述个人网状网络中将其作为RF通信(或者信标)发送给位于远程位置的所述控制器，其中，所述命令数据是特别地基于用户提供的的指令。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统的基于网络的所述控制平台能够使所述网关主要执行：
管理所述无线照明控制系统定义的无线网状网络；
命名节点装置；
群控所述节点装置；
对所述节点装置进行时间控制；
对所述节点装置进行状态控制。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，每个所述控制器为端点(所述节点装置)，且在所述芯片组中分配一个唯一的ID代码并进行远程定位，所述控制器与位于远程位置的所述照明装置电连接，所述照明装置处于所述网关的所述网络模块中的所述网络模块定义的所述无线网状网络中；以及每个所述控制器配有中间装置的继电器开关。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器用于在固定的时间间隔从所述网关的所述数据警报单元接收信标，并在发送所述信标时，激活所述控制器并对所述继电器开关的打开或者关闭进行响应，以控制从主电源流向灯供应的电流流动。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述基于网络的平台安装于网关单元中，以使其处理、保存、控制和发送关于远程控制照明装置的数据，其中，所述控制平台用于从台式计算机或者联网设备(即移动电话)发送指令至所述网关并且所述控制平台还用于从系统的网关发送命令至为照明装置供电的所述至少一个控制器。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述网关和所述基于网络的控制平台为用户提供能够很容易地拖放任何一个或者多个照明装置(根据每个控制器唯一的ID)与现有的照明装置连线在一起以形成独立的组，并且，其中所述组包括一个或者多个照明装置，通过从选定组自由地移入或者移出照明装置，对重新分组的照明装置进行同步控制；以及
其中所述网关和所述基于网络的所述控制平台用于用户在其个人的网状网络中安排所述系统的无线照明控制功能，其中所述安排是指所述网关的存储器根据指令预先加载可选的时间；预先加载这样的照明控制指令的日历；推迟预先加载的指令；以及重新分组照明装置，或者照明装置组已经按照所述控制系统进行重新安排。
8.一种无线照明控制系统及其应用，所述系统是可编程系统，其特征在于，包括网关、至少一个控制器以及基于网络的控制平台，所述网关通过无线通信连接至台式计算机或者联网设备，每个所述控制器远程连接一个照明装置并与所述网关无线配置在一起；以及
所述无线照明控制系统用于控制一个照明装置或者照明装置组，处于所述无线照明控制系统的个人网状网络中的远程位置，通过所述联网设备或者所述计算机从远程位置传送用户指令至所述系统的所述网关，在确定的时间或者未来任意延迟的时间对所述一个或者多个照明装置的一个或者多个组进行照明装置电源的控制；
所述网关包括数据模块、处理器模块、网络模块和数据警报模块，主要包括作为主控制板芯片与其他芯片组集成的嵌入式芯片组的片上系统，用于创建个人网络，所述网关用于：
所述数据模块通过软件平台和/或者任意联网设备接收来自于用户的指令数据(开/关)；
所述处理器模块处理接收到的指令或者是预先加载至数据库中的数据，以对位于网络中的所述一个或者多个照明装置的电源进行控制；
所述网络模块创建所述控制器的个人网状网络，在远程位置与照明装置进行组合，优选创建ZigBee网状网络；以及
所述数据警报模块产生命令数据并在所述个人网状网络中将其作为RF通信(或者信标)发送给位于远程位置的所述控制器，其中，所述命令数据是特别地基于用户提供的的指令；
每个所述控制器为端点(所述节点装置)，且在所述芯片组中分配一个唯一的ID代码并进行远程定位，所述控制器与位于远程位置的所述照明装置电连接，所述照明装置处于所述网关的所述网络模块中的所述网络模块定义的所述无线网状网络；以及每个所述控制器配有中间装置的继电器开关；
所述控制器用于在固定的时间间隔从所述网关的所述数据警报单元接收信标，并在发送所述信标时，激活所述控制器并对所述继电器开关的打开或者关闭进行响应，以控制从主电源流向灯供应的电流流动；
所述网关和所述基于网络的所述控制平台为用户提供能够很容易地拖放任何一个或者多个照明装置(根据每个控制器唯一的ID)与现有的照明装置连线在一起以形成独立的组，并且，其中所述组包括一个或者多个照明装置，通过从选定组自由地移入或者移出照明装置，对重新分组的照明装置进行同步控制；以及
其中所述网关和所述基于网络的所述控制平台用于用户在其个人的网状网络中安排所述系统的无线照明控制功能，其中所述安排是指所述网关的存储器根据指令预先加载可选的时间；预先加载这样的照明控制指令的日历；推迟预先加载的指令；以及重新分组照明装置，或者照明装置组已经按照所述控制系统进行重新安排。
9.一种照明装置远程控制方法，基于权利要求2所述的在个人网状网络的系统，其特征在于，所述方法包括：
利用所述网关的所述网络模块创建个人网络，以覆盖大面积的位于远处的大量照明装置；
接收来自于用户通过软件平台和/或者任何网络设备向所述系统的所述网关发送的开/关指令；
在所述系统的所述网关中的所述处理器模块中处理用户的所述指令数据；
所述系统的所述网关中的所述数据警报模块发送RF通信(或者信标)给位于远处的所述一个或者多个照明装置，包括继电器单元在内的无论是单个照明装置还是照明装置组都属于一个或者多个组；
解码所述指令数据，在控制器中接收并在控制器中通过接通或者关闭电源相关照明装置的电源执行所述命令。
10.如权利要求9所述的照明装置远程控制方法，其特征在于，所述方法包括：
选择任意照明组来同步无线控制；
为单个照明装置或者照明装置组制定无线照明控制计划，在任意选定的日期和时间接通或者关闭电源，或者延迟已经制定的计划；以及
在所述网关模块的存储器中存储所述照明装置或者照明装置组的无线照明控制指令，以在将来的任何时间内实现所述指令。
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