汽车防盗器设计 汽车防盗系统论文.docx
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汽车防盗器设计汽车防盗系统论文
汽车防盗系统论文
1.引言
1.1汽车防盗器的定义
汽车防盗器是一种安装在车上,用来增加盗车难度,延长盗车时间的装置,是汽车的保护神。
它与汽车上的电路配接在一起,从而可以起到防止车辆被盗、被破坏,以达到保护汽车的目的。
1.2汽车防盗器的类型和特点[1]
随着科学技术的进步,为对付不断升级的盗车手段,人们研制出各种方式、不同结构的防盗器,目前防盗器按其结构可分四大类:
机械式、机电式、电子式和网络式。
下面本节将对各类防盗器进行简单介绍。
1.2.1机械式防盗器
早期的汽车防盗器材主要是机械式的防盗锁。
机械锁发展至今经过了数次技术升级,钩锁、转向盘锁和变速档锁等基本属于机械式防盗器,它主要是通过锁定离合、制动、油门或转向盘、变速档来达到防盗的目的,只防盗不报警。
其优点是价格便宜,只需几十元至几百元便可买到,且安装简便,可以在一定程度上阻止盗车贼,或增加盗贼盗车的难度。
缺点是防盗不彻底,每次拆装比较麻烦,不用时还得找地方放置。
目前市场上推出了一种护盘式方向盘锁。
这种锁使用时较为隐蔽,它有一层防锯防钻的钢板保护,材质比传统的拐杖锁坚固,锁芯也设计得更加精密,因而可靠性更高。
但它的缺点是太大而不易存放。
排档锁是目前车主最欣赏的防盗装置之一,这种防盗装置简便而又坚固,材质采用特殊的高硬度合金钢制造,防撬、防钻、防锯,且采用同材质镍银合金锁芯和钥匙,没有原厂配备的钥匙极难打开。
如果钥匙丢失,可用原厂电脑卡复制钥匙。
1.2.2机电式防盗装置
随着科学的进步,出现了机电一体式的防盗装置(中央门锁)。
中央门锁是以电信号来控制门锁的开启或锁止,并由驾驶员集中控制所有车门门锁的锁止或开启功能。
中央门锁系统具有下列功能:
当锁住(或打开)驾驶员一侧车门门锁时,其它几个车门及行李厢都能锁住(或打开);如用钥匙锁门同时也可锁好(或打开)其它车门和行李厢;在车内个别门锁需要打开时,可分别拉开各自门锁的按钮。
1.2.3电子式防盗器
为了克服机械锁只防盗不报警的缺点,电子报警防盗器应运而生。
汽车电子防盗系统是在原有中央门锁的基础上加设了防盗系统的控制电路,以实现汽车移动的同时能够报警的目的。
电子防盗是目前较为理想的防盗装置。
如果行窃者盗窃汽车或汽车上的物品时,防盗系统不仅具有切断起动电路、点火电路、喷油电路、供油电路和变速电路、将制动锁死等功能,同时,还会发出不同的求救声光信号进行报警,给窃贼一个精神上的打击,以阻止窃贼行窃。
插片式、按键式和遥控式等都属于电子式防盗器。
遥控式汽车防盗器的特点是可遥控防盗器的全部功能,可靠而且方便。
随着科技的快速发展,遥控式汽车防盗器还增加了许多方便实用的附加功能,如:
遥控中央控制门锁、遥控送放冷暖风、遥控电动门窗及遥控开行李舱等。
现在市场上已有双向功能的电子防盗器,这种防盗器不仅能由车主遥控车辆,车辆还能将自身状态传送给车主,例如车辆可以自动向车主报告车门被开启或车窗玻璃被破坏等情况。
但是电子防盗器普遍存在误报警现象,因此它也没有从根本上解决车辆丢失问题。
1.2.4GPS卫星定位汽车防盗系统
GPS卫星定位汽车防盗系统(或其他网络系统),能够将报警信息和报警车辆所在位置无声地传送到报警中心,具有车辆定位、遥控熄火、网络查询及跟踪、车内监听、路况信息查询、人工导航等多种功能,是全方位的防盗系统。
GPS卫星定位汽车防盗系统属网络式防盗器,它主要靠锁定发动机的点火或起动达到防盗的目的,同时还可通过GPS卫星定位系统,将报警信息和报警车辆所在位置无声地传送到报警中心。
GPS卫星定位系统可以在全国范围内实时监测车辆位置,还可以通过车载移动电话监听车内声音,必要时可以通过手机关闭车辆油路、电路并锁死所有门窗。
如果GPS防盗器被非法拆卸,它还能够自己发出报警信息。
从以上GPS卫星定位系统的特点可以看出,它必将能够在汽车防盗技术上展现出自己特有的才能。
1.3国内外汽车定位防盗装置的研发现状及本设计的意义
1.3.1国内外汽车定位防盗装置的研发现状
目前,国际上流行的基本上是电子式汽车防盗产品,如汽车识别钥匙、电子编码点火钥匙、生物特征电子锁等,它具有很好的性价比,在市场上占有绝对优势。
欧盟规定各厂商生产的所有新车从1997年开始都必须配备电子防盗装置,并经过过渡期后,将此规定变成法律限期强制施行。
据统计,未装电子防盗装置的汽车被盗率高达万分之四十,而装有电子防盗器汽车的被盗率仅为万分之四点五!
机械锁是最早的汽车防盗锁,现已很少单独使用,主要与电子式、芯片式联合使用,但目前我国汽车防盗还是以机械式为主。
机械式防盗装置是目前市面上最简单、最廉价的防盗装置,但存在使用复杂、容易被破坏的缺点。
从20世纪70年代至今,以轿车为突破口,汽车锁已由初期的机械控制发展成现在的电子密码-遥控呼救-信息报警系统,且防盗功能有很大提高。
总体来看,国内的汽车防盗技术水平仅为国际20世纪90年代后期水平,国内制动器防盗装置的开发实验技术并形成大批量生产的厂商只有几家,且防盗装置一般都存在报警范围小、只能实现本地报警;不能实现远程控制,只能实现单纯报警,不能实现跟踪控制等缺点。
除此之外,国内制定的汽车防盗法规不够健全,执行不够严格;生产企业对汽车防盗的认识不够重视,资金投入不足,这些都造成国内汽车防盗水平相对落后,不能适应我国汽车发展对汽车防盗技术的需求。
因此,我国汽车防盗产品的升级换代势在必行,汽车防盗必将进入一个调整发展的新时期。
在网络式防盗方面,美国、日本、德国、加拿大等国家和地区在开发轿车导航系统方面已广泛采用了GPS技术,在汽车防盗方面应用GPS技术也已取得很好效果。
GPS具有车辆定位、反劫报警、网络防盗、遥控熄火、车内监听、抛锚救援、人工导航等多种功能;GPS具有技术先进、市场潜力大、社会和经济效益高等特点。
同发达国家相比,我国在汽车网络式防盗方面的研究已经起步并已取得较快进展,但目前一些公司还只是利用GPS的定位功能,将GPS技术应用于汽车防盗的研究仍有待进一步的发展。
1.3.2汽车防盗定位系统优化设计的意义
随着经济的飞速发展,汽车作为人类重要的交通工具正在迅速增加。
然而,现代科技的发展促使犯罪分子的作案手段不断提高,汽车被盗事件也越来越多。
为了防止汽车被盗,科研工作者们研制开发了很多汽车防盗新产品,各种防盗装置相继产生并被广泛运用。
目前,防盗技术已与安全、环保、节能一起被列为汽车技术发展的四大课题。
20世纪90年代以来,汽车防盗技术得到了迅速发展,而汽车定位防盗系统作为一种全新的定位概念则应运而生,它成功地依托GPS系统与GPRS通讯网络,进行手机与汽车的智能联动来实现定位与防盗,从而使汽车的安全系数大幅度提高。
相信本设计经过更换芯片、增加功能等进一步优化后会给汽车的安全问题带来巨大的改观。
2GPS、GPRS及DSP芯片介绍
2.1GPS的相关介绍
GPS是一个网络系统,它由空间部分、地面监控部分和用户接收机三大部分组成,卫星星座连续不断的发送动态目标——汽车的三维位置、速度和时间信息给用户接收机。
接收机从接收到的反馈信息来获知汽车当时所处的位置。
2.1.1GPS的概念
GPS是GlobalPositioningSystem的缩写,意思为全球定位系统,包括24颗人造卫星与五个地面站,从而提供精确定位。
在此基础上,在融合不同的功能,最终实现跟踪、防盗和导航的功能。
2.1.2GPS在汽车防盗中的应用
全球定位系统(GPS)防盗技术可以说是汽车防盗史上的里程碑。
因为GPS一改传统防盗器的被动、孤立无助的被动式服务,能为车主提供全方位的主动式服务。
监控中心的服务人员为车主提供24小时全天候服务。
GPS具有车辆定位、反劫报警、网络防盗、遥控熄火、车内监听、抛锚救援、人工导航等多种功能;除了提供安全服务外,GPS还可以为车主提供增值服务,如紧急救援、送水、送油、订票等。
专家们认为,具有网络报警功能的GPS反劫防盗产品将是未来汽车防盗产品发展的主流方向。
2.2GPRS的相关介绍
2.2.1GPRS业务
GPRS(GeneralPacketRadioService通用无线分组业务)作为第二代移动通信技术(GSM)向第三代移动通信(3G)的过渡技术,是由英国BTCellnet公司早在1993年提出的,是GSMPhase2+(1997年)规范实现的内容之一,是一种基于GSM的移动分组数据业务,面向用户提供移动分组的IP或者X.25连接。
GPRS在现有的GSM网络基础上叠加了一个新的网络,同时在软件和硬件上都进行了升级,形成了一个新的网络逻辑实体,提供端到端的、广域的无线IP连接。
通俗地讲,GPRS是一项高速数据处理的科技,它以分组交换技术为基础,用户通过GPRS可以在移动状态下使用各种高速数据业务,包括收发E-mail、进行Internet浏览等。
GPRS是一种新的GSM数据业务,它在移动用户和数据网络之间提供一种连接,给移动用户提供高速无线IP和X.25服务。
GPRS采用分组交换技术,每个用户可同时占用多个无线信道,同一无线信道又可以由多个用户共享,资源被有效地利用。
GPRS技术提供的160kb/s的极速传送功能几乎能让无线上网达到公网ISDN的效果,从而使“随身携带互联网”的功能得以实现。
2.2.2GPRS所具有的新特点
第一,永远在线。
GPRSModem开机就能自动附着到GPRS网络上,并与数据中心建立通信链路,随时收发用户数据设备的数据,具有很高的实时性。
第二,按流量计费。
GPRSModem一直在线,并按照接收和发送数据包的数量来收取费用,没有数据流量传递时不收费用。
第三,高速传输。
GPRS网络的传输速度最快能达到160kb/s,速率的高低取决于移动运营商的网络设置,根据中国移动的网络情况,目前可提供20kb/s~40kb/s的稳定数据传输。
第四,组网简单、迅速、灵活。
GPRS无线DDN系统可以通过Internet网络随时随地构建覆盖全中国的虚拟移动数据通信专用网络,为广大中小用户提供安全、稳定的服务。
第五,防雷击。
由于采用中国移动的GPRS数据业务,该业务在不影响上网的前提下,GPRSModem的发射功率非常小,天线非常短,而且无需高架,克服了有线传输和无线电台传输容易受到雷击而使设备损坏的缺点。
2.3TMS320F240DSP芯片和GPRSModem
2.3.1TMS320F240DSP芯片介绍[2]
本设计中,系统选用了TMS320F240DSP芯片,现对芯片简单介绍如下:
TMS320F240是TI(TexasInstruments)公司DSP产品中的一位新成员,它把具有低功耗、高性能处理能力的TMS320C2XX的核心CPU与为电机控制应用优化的几个先进外围设备结合在一起,从而使TMS320F240成为应用于电机控制的理想微处理器。
2.3.2TMS320F240芯片特点
采用TMS320C2XX内核;
有32位中央逻辑运算单元(CALU);
内含32位累加器(ACC);
16位×16位并行乘法器;
8个16位辅助寄存器;
具有50ns(20MIPS)指令周期;
含544字节16位在片数据/程序双向RAM;
带有16k字节FlashEEPROM;
双向10位串行数模转换器的采样速率可达166kHz;
具有28个独立可编程、复用I/O脚;
有串行外设接口(SPI)和SCI接口;
强大的事件管理器;
(1)12路比较PWM通道,其中9路为独立。
(2)3个16位通用定时器,共有6种模式。
(3)3个具有死区功能的全比较单元。
(4)4个捕获单元。
其中两个具有直接连接正交编码器脉冲的能力。
带有实时中断的看门狗电路;
支持JTAG硬件仿真;
TMS320F240采用哈佛结构,流水线操作,大大提高了指令执行速度。
在加上优化的CPU结构,从而使指令执行速度更快的得到提高。
TMS320F240的指令系统与其它数字信号处理器一脉相承,它提供了丰富的“乘累加”指令;这使得电机控制中的数字滤波(如IIR、FIR等)的实现更加方便快捷。
2.4GPRSModem介绍
本系统选用了西门子的MC35i模块。
MC35i是新一代GSM/GPRS双模模块,它采用紧凑型设计,完全兼容上一代的TC35产品,为用户提供了简单、内嵌式的无线GPRS连接。
MC35i的GPRS永久在线功能提供了最快的数据传输速率,其体积小、功耗低,能提供数据、语音、短信、传真功能,可广泛用于遥感测量记录传输、远程信息处理、电话。
MC35i作为理想解决方案的高速数据传输能广泛应用于POS终端机和扫描器、安全系统、远程遥测和信息处理系统、跟踪管理系统、交通控制和导航系统、便携式控制装置、GPRSModem支持GSM900/GSM1800双频,支持GRPSClass8/ClassB,AT指令直接控制,CSD状态下最大速率14.4kb/s,GPRS状态下行最大速率85.6kb/s。
3汽车防盗系统硬件组成及功能
基于GPRS移动通讯网络的汽车智能防盗定位系统主要由信号采集系统、报警系统、控制系统、通讯系统等组成。
另外,本设计增加了一个四轮锁死系统,该四轮锁死系统由DSP芯片进行控制,当芯片输出控制信号后,继电器根据控制信号控制电机,使电机带动抱闸而达到四轮锁死的目的,该系统在开启防盗系统后便自动启动,从而实现了多重防盗,使汽车的安全系数得已提高。
本系统的工作原理主要是:
传感器负责采集信号,在本设计中每一种信号有两个或两个以上不同种类的传感器负责采集,以保证当一个传感器损坏后不会影响系统的工作。
当其中任何一个传感器检测到信号不正常时,传感器就会把信息告知中央处理系统,当中央处理器判定为有用的告警信号后就会立刻启动报警系统。
在本设计中,报警系统由GPS系统、视频系统和声光告警系统三部分组成。
当中央处理器发出启动报警系统的命令后,这三部分便会同时启动,其中GPS系统负责判断并采集汽车的位置信息,视频系统负责记录偷车人的声音和相貌以给公安机关破案提供线索和证据,声光告警系统则会发出刺耳的鸣叫和亮光以惊吓偷车人使其放弃偷车。
在本防盗系统中通讯系统起着重要的作用,它负责把GPS系统搜集到的汽车定位信息和视频系统采集到的声音图像等信息传送给监控中心和车主,以使监控中心能及时的采取措施,如查询汽车现在的位置,切断汽车油路等。
本设计正是把以上的系统有机的结合在一起而使防盗功能得以实现。
其系统的逻辑框图如图3.1所示:
图3.1汽车防盗定位系统逻辑图
3.1传感器系统[3]
信号采集是利用传感器感受外界对车辆的作用,对有效信号进行检测与采集,并报告中央处理器进行判断处理以达到感知车辆受损和被盗状况的目的。
通常车辆受损坏和被盗有以下几种形式:
(1)车身、车门、车窗遭到碰撞或者敲击。
(2)车门、发动机盖、后货箱门、油箱盖遭到非正常开启。
(包括撬动、防盗功能未解除时用钥匙开启)
(3)电气线路受损,是指盗车者进入车后,通过破坏电器线路来启动车辆。
(4)未解除防盗功能时车辆启动,或是用偷配钥匙开启车辆。
(5)未解除防盗功能时拖动车辆或使车辆升离地面。
根据以上车辆受损坏和被盗的几种形式,本设计特采用振动传感器、断线式传感器、滚珠式触发传感器和热传感器等来检测汽车车身的安全状况,且每种状况均由两种或两种以上传感器检测负责检测,因此做到了某种传感器的损坏不会影响系统正常的工作。
在本防盗系统中,传感器是系统中的关键器件,起着感知车辆状况的重要作用。
现把各传感器检测电路在车中的功能和作用简单介绍如下:
(1)振动传感器检测电路
该传感器的功能是将车辆所受外界作用的机械能转换为电信号。
其作用是感受车身或车窗是否受到外界机械碰撞;汽车是否被非法升起,监测轮胎与轮毂之间的压力状态;监测驾驶座是否受压。
(2)断线式传感器报警检测电路
用于检测车门、后货箱门、发动机盖和油箱盖开启状态。
(3)电磁继电器检测电路 (包含在四轮锁死系统)
用于控制发动机点火。
继电器的开关可方便地切换到正常启动和防盗报警两种状态。
同时对电气线路进行监测。
(4)滚珠式触发传感器检测电路
监测车辆是否被拖动,当车辆被非法拖动时,传感器中的滚珠会发生振动或者滚动,进而产生电信号。
(5)热传感器检测电路
车内失火报警。
3.2报警系统
本设计中的报警系统包括视频设备、GPS定位系统和声光告警系统三部分,现把这三部分的功能和作用介绍如下:
(1)视频设备
当任何一种报警信号产生时该设备将会被启动,以进行全程拍摄,并将拍摄到的照片或视频资料通过GPRSModem以短信或视频的形式发送至用户手机或车辆监控中心联网的计算机上,便于向警方提供盗贼的线索,有利于公安机关尽快破案。
(2)GPS定位系统
GPS定位系统用于汽车被盗后确定汽车所在的位置。
在汽车上安装有GPS接收机,GPS接收机通过接收任意4颗卫星播发的导航信息,便能够换算出自身的位置和时间信息。
接收机将换算出的信息以输出时间误差小于50ns的1Hz脉冲信号并通过RS-232接口传送给监控计算机。
(3)声光告警系统
当传感器采集到有用信号并经中心系统处理判定为告警信息时,声光告警系统便会启动以引起过路人的注意和恐吓偷车人,使偷车人放弃偷车。
3.3控制系统
当车内出现火灾或有人非法打开车门等情况时,传感器将信号送给控制系统(DSP系统),该系统进行数据判断、处理等操作后决定是否发短消息、(含报警信息和汽车位置息等)图片或视频信息给用户手机或者控制中心。
然后,用户或者控制中心可以远程控制车辆,也可以利用GPRS通过互联网进行数据传输,还可以不通过互联网而通过移动的数据中心进行数据的转发。
3.4通讯系统
通讯系统包括车载通讯装置(包括GPRSModem和SIM卡),该装置利用GPRS通讯网络和Internet网络进行信息传送。
该系统主要功能是将车辆状况信息及时传达给车主或控制中心,以便于及时采取适当的措施来保证车辆的安全。
车载通讯装置主要有两种功能:
其一,按照预先设定好的报警模式将信息发送至用户或控制中心。
其二,接收用户或控制中心发出指今,进而控制车辆。
GPRS通讯网络和INTERNET网络作为数据传输的载体,应符合AT指令和TCP/IP协议。
3.5监控中心
监控中心设计为一个网站,其计算机可通过GPRSModem与互联网相联,使计算机作为服务器或数据终端。
因特网是按IP地址进行寻址的,所以设备连接到网络上都需要有一个唯一的IP,关于IP地址问题的解决,用户可以申请专用IP地址,也可在网上取得IP地址后通过短消息发给对方,当防盗装置发现紧急情况时,报警系统就会通过GPRS网络,联接到Internet网络上的数据中心的计算机上。
在数据传输的过程中,用户和控制中心相互之间必须知道对方的IP地址,才能进行数据交换,并且双方的IP地址都应该能够在互联网可以直接访问,这就要求控制中心计算机的IP是互联网上唯一的,而不是局域网内的IP地址。
一般情况下,控制中心计算机与Internet网络连接有很多种,其主要区别在于通过拨号上网时所获取的IP地址是否为动态的。
因此,如果数据中心的IP地址每次都不同,这就要求在通讯前将数据中心的计算机的IP地址告知防盗装置系统。
告知防盗系统IP地址时,可以利用短消息业务将数据中心的计算机的IP以约定形式发送给SIM,系统从SIM卡读取IP值。
如果数据中心的计算机的IP是固定的,在防盗装置系统初始化时固化进去就可以了。
3.6 智能防盗监测系统的两种工作模式
根据汽车被盗时距离车主远近的不同,该系统有使用Internet网络和不需使用Internet网络两种工作模式:
(1)当车主驾车外出,车辆停放位置与车主比较近时,防盗监测系统只需通过GPRS网络发短消息给用户的手机,报告给车主汽车现在的安全状况,而不需要上Internet网络,这样用户在短时间内(通常为几秒钟)便可以采取补救措施。
(2)当用户车辆在公用车库或者距离车主很远时,此时防盗系统就将信息经GPRS和INTERNET网络传送给监控中心计算机,监控中心计算机分析现场传输的图片、声音等资料后,就会采取相应的措施,并将GPS系统监测到的有效信息提供给公安机关,帮助其快速破案。
4汽车防盗系统电路设计
4.1系统电路原理总图
本系统以DSP为控制芯片,由GPS模块、GPRS无线通信模块以及必要的辅助电路组成一个基于DSP芯片的具有汽车定位防盗功能的系统,其电路原理框图如图4.1所示。
在此系统中DSP通过串口对GPS和GPRS模块进行控制,在连接使用时,GPRS模块与DSP本身的串口连接,GPS模块则利用8251扩展一串口,通过这一串口与DSP芯片进行连接使用。
检测控制及其辅助电路都可以直接使用DSP的I/O口。
TMS320F240的I/O端口都具有复用功能,此时,只需要在控制器寄存器中设置使I/O做通用的I/O即可。
开机运行初始化后,系统将处于不停地接收汽车位置信息的状态中,同时系统也在等待检测状态和接收用户查询的消息中断。
一旦有中断产生,控制器就会转移到相应的中断子程序中去处理该程序。
若系统的设防信号无效,则控制系统不进行上述操作。
图4.1系统电路原理总框图
4.2DSP芯片存贮器的扩展电路
TMS320F240有两种运行方式[2],即MP和MC方式。
在MC方式下,片上FLASH可以访问,而在在MP方式下,片上FLASH不可访问,用户必须提供64K的程序空间和64K的数据空间。
下面我们分析一下TMS320F240至外部存贮器的接口。
TMS320F240与存贮器的外部接口的关键信号见表4.1。
其中程序选择信号PS可以直接连到片选端。
表4.1TMS320F240至外部存贮器接口的关键信号
信号说明
A15-A016位双向地址总线
BR总线请求
D15-D016位双向数据总线
PS程序存贮器选择
DS数据存贮器选择
READY存贮器准备完毕
R/W读/写信号
WE写允许信号
W/R写/读信号
本人选用了ISSI公司的IS61C1024作为DSP芯片的外部存贮器,IS61C1024是128K×8位的高速SRAM,片选访问时间仅为12ns,完全满足TMS320F240的高速处理要求。
由于IS61C1024数据宽度为8位,因此选用2片并行使用。
IS61C1024的接口电路见图4.2
图4.2IS61C1024接口电路图
5汽车防盗系统的软件设计
5.1软件设计总述
本系统主要由中央处理器、信号采集系统、报警系统和通信系统组成,各部分之间的相互关系如图5.1所示:
图5.1系统总流程图
从上图我们可以直观的看出各系统之间的关系如下:
传感器将检测到的信号传给DSP中央处理器,当处理器检测到信号并判定信号为有用的告警信号后便会发出命令给报警系统,报警系统收到命令后便会启动GPS接收机和视频设备同时发出声光告警,同时,GPS系统和视频系统会将采集到的位置信息通过GPRS网络以信息的形式通知给监控中心,监控中心便会通过GPRS网络采取相应的措施,如断掉汽车的油路,通知警察局等。
本系统不同于其它汽车防盗系统的地方就是增加了一个四轮锁死系统。
它在车主离开汽车启动防盗系统时同时启动,使汽车四轮锁死,以保证汽车处于非常安全的状态。
另外本系统还装有无线遥控装置,当偷车贼解除四轮锁定时,监测中心还可以通过网络重新将其进行锁定且此时不在受人为控制。
本系统为实现数字化,规定传感系统用数字“0”表示,告警系统用数字“1”表
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