一、系统功能概述
EL-AIMCU-III型教学实验系统属于人工智能算法平台的一教学实验系统,该系统采用NVIDIA®Jetson nanoB01作为AI计算终端,奥比光中深度相机、思岚激光雷达进行3D建模。
AI计算机终端以ubuntu为操作系统,并在其上运行ROS系统,该ROS系统可挂接机器人建模软件来仿真设计各类机器人,也可挂接仿真软件来验证相关识别算法或控制算法从而较为直观地看到机器人模拟的运行状态,为真实机器人的设计与控制提供完备的理论基础。同时ROS系统还可以与OPENCV、TensorFlow等视频图像识别软件进行数据交互,将其AI的视觉功能发挥到极致。
该系统可支持本公司推出的多种开发板以及多种处理器的开发,如MCU、EDA、ARM类开发板;MCU类开发板支持8位8051/16位的MSP430系列 / AVR系列以及基于Cortex-M3/M4内核的32位群星系列ARM处理器等等;在实验板上有丰富的外围扩展资源(如:拨动开关与LED显示、CH451键盘、16X16 LED汉字点阵、通信模块以及电机控制模块等),可以完成基于各种CPU的基础实验、传感器实验、以太网实验等;不仅能学习AI的基础知识,也能学习STM32、51等MCU与传感器、电机之间的控制方法。
二、系统结构及硬件资源
系统采用底板+CPU板+扩展模块结构构成,可以支持单片机ARM CPU和CPLD/FPGA处理器板卡。
系统底板资源平面图
系统底板硬件资源:
AICPU接口单元
激光雷达单元
深度相机单元
EXP系列MCU/EDA/CPLD/FPGA板接口单元
蜂鸣器驱动单元
光电耦合器与继电器单元
单脉冲产生单元
语音接口单元
单总线(DS18B20数字温度传感器)单元
12位串行AD(TLC2543)单元
12位串行DA(TLV5616)单元
数字输入输出(8个拨动开关及8个LED发光管)单元
电机(直流电机与步进电机)控制单元
键盘显示(芯片CH451,4×4键盘,带8位LED数码管)单元
TFT真彩液晶(TFTLCD彩色液晶屏,800X480分辨率)显示单元
16X16 LED点阵显示单元
RS232 、RS485总线通信接口单元
CAN总线多机通信接口单元
EEPROM单元
串并并串转换单元
0-5V可调输入电压单元
2.5V可调参考电压单元
AIMCU采用英伟达jeston nano B01为核心,jetson nanoB01是一款节能高效功能强大的人工智能AI开发套件,搭载四核ARM
Coretex-A57处理器,采用128核Maxwell架构的GPU,
CPU:ARM
Coretex-A57 64-bit ,主频1.43Ghz;4核,
GPU:128-core
Maxwell @921Mhz;
内存:4 GB 64-bit LPDDR4 25.6 GB/s;
存储:可扩展microSD卡,要求最小16GB UHS-1(超高速接口,带宽能达到至少104Mb/s)
视频编码:H.264/H.265(4Kp30)
视频解码:H.264/H.265(4Kp60,2**4Kp30)
摄像输入接口:MIPI CSI
摄像输出接口:2个HDMI 2.0,Edp1.4
网络接口:Gigabit Ethernet/M.2 Key E
USB:4个 USB 3.0, USB 2.0 Micro-B
GPIO引脚:40
额定功率:5w/10w
供电:5V
激光雷达:思岚A1
测距范围:0.15-12m,基于白色高光反色物体测得
扫描角度:0-360
测距分辨率:当测量物体在1.5米范围内分辨率为小于0.5mm;否则分辨率小于实际距离的1%
测量频率:2KHz-8KHz
扫描频率1-10Hz
供电:5V
视觉相机:Astra pro
深度范围:0.6-8m
功耗:≤2.5W,峰值电流小于500ma
彩色图分辨率:1280x720@30FPS;640x480@30FPS;320x240@30FPS;
深度图分辨率:1280x1024@7FPS;640x480@30FPS;320x240@30FPS;160x120@30FPS;
精度:距离物体1m时,±1-3mm
彩色FOV:H66.1’ V40.2’
深度FOV:H58.4’ V45.5’l 数据传输:30-45ms
供电:USB 5V
该系统可支持多种CPU板卡,包含8/16/32位单片机。
MCU部分支持的CPU板卡有:EXP-C51(89S51)、EXP-STM32F107(含J-LINK仿真器)、EXP-STM32F407(含J-LINK仿真器)、EXP-LM3S615/811/2948/3749/6952/9B96、EXP-C8051F021(含USB接口仿真器)、EXP-MSP430F149/155/5419(含MSP430仿真器)、EXP-Atmega128(含USB-AVR仿真器、USB-AVR烧录器)、EXP-5509、EXP-5416、EXP-2812、EXP-28335、EXP-WirelessMCU+E-CC-1310(主控芯片:CC1310F128RGZR)、EXP-WirelessMCU+E-CC-RF(主控芯片:CC2530F256)等等(我公司的全系列EXP接口类开发板)。
EDA部分支持的CPU板类有:EXP-EPM3128&3256、EXP-EP1K30、EXP-EP3C5 & EP3C10等等(我公司的全系列EXP接口类开发板)。
8位单片机CPU板技术参数:
●EXP-C51(89S51):单片机KEILC51,串口,12M时钟,复位开关,数据通信指示灯,5V电源接口,单片机总线扩展插槽,支持Keil C环境,完全仿真P0、P1、P2口;
●EXP-Atmega128:AVR-ATmega128单片机开发板,包括ATMEL公司的ATMEGA128 的8位处理器,时钟11.0592MHZ,程序下载JTAG口,ISP下载口,P1-4总线接口,5V转3.3V电源模块,串口,5V板卡供电接口,电源指示LED,复位键等;
●EXP-C8051F021:由8位单片机C8051F021为核心器件,具有双重时钟系统配置:
22.1184MHz外部晶振频率;内部振荡器频率具有(2/4/8/16)MHZ(可编程),AD/DA接口,P1-4总线接口,JTAG接口,复位接口,3.3V和5V双电源工作模式。
32位单片机(CORTEX-M3/M4架构)CPU板技术参数:
●EXP-LM3S615:ARM公司Cortex-M3架构,TI公司LM3S615处理器,支持最大主频为50
MHz的ARM Cortex-M3内核,32 KByte FLASH,8 KByte SRAM,LQFP-48封装。集成正交编码器、ADC、带死区PWM、模拟比较器、UART、SSI、通用定时器,I2C、CCP等外设。主要用于步进电机的控制。
●EXP-LM3S811:ARM公司Cortex-M3架构,TI公司LM3S811处理器开发板,支持最大主频为50
MHz的ARM Cortex-M3内核,64 KByte FLASH,16 KByte SRAM,LQFP-48封装。集成正交编码器、4路10位ADC、带死区PWM、温度传感器、模拟比较器、2路UART、SSI、3个通用定时器,I2C、CCP等外设。主要用于步进电机的控制。
●EXP-LM3S2948:ARM公司Cortex-M3架构,TI公司LM3S2948处理器,支持最大主频为50
MHz的ARM Cortex-M3内核,256 KByte FLASH,64 KByte SRAM,LQFP-100封装。集成CAN控制器、睡眠模块、正交编码器、ADC、模拟比较器、UART、SSI、通用定时器,I2C、CCP等外设。主要用于CAN总线传输。
●EXP-LM3S3749:ARM公司Cortex-M3架构,TI公司LM3S3749处理器开发板,支持最大主频为50
MHz的ARM Cortex-M3内核,128 KByte FLASH,64 KByte SRAM,LQFP-100封装。集成USB
HOST/DEVICE/OTG、睡眠模块、正交编码器、ADC、带死区PWM、模拟比较器、UART、SSI、通用定时器,I2C、CCP、DMA控制器等外设。芯片内部固化驱动库。主要用于USB控制。
●EXP-LM3S6952:ARM公司Cortex-M3架构,TI公司LM3S6952处理器开发板,支持最大主频为50
MHz的ARM Cortex-M3内核,256 KByte FLASH,64 KByte SRAM,LQFP-100封装。集成100MHz以太网、睡眠模块、正交编码器、ADC、带死区PWM、模拟比较器、UART、SSI、通用定时器,I2C、CCP等外设。主要用于网络传输。
●EXP-LM3S9B96:ARM公司Cortex-M3架构,TI公司LM3S9B90处理器开发板,支持最大主频为80
MHz的ARM Cortex-M3内核,256 KByte FLASH,96 KByte SRAM,LQFP-100封装。集成100MHz以太网、CAN控制器、USB OTG、外部总线EPI、ROM片上StellarisWare软件、睡眠模块、正交编码器、ADC、带死区PWM、模拟比较器、UART、SSI、通用定时器、I2S、I2C、CCP、高精度振荡器、DMA等外设。
●EXP-STM32F107:支持最大主频为72 MHz的ARM Cortex-M3内核,256 KByte FLASH,64KByte SRAM,LQFP-100封装。外设资源包括5个USART、4个16位的定时器、2个基本定时器、3个SPI、2个I2S、1个I2C、2个CAN、2个ADC、2个DAC、USB OTG FS以及Ethernet。
●EXP-STM32F407:支持最大主频为168 MHz的ARM
Cortex-M4内核,1024KByte FLASH,192+4KByte
SRAM,LQFP-144封装。外设资源包括6个USART、12个16位的定时器、2个32位定时器、2个DMA控制器(16通道)、3个SPI、2个全双工I2S、3个I2C、2个CAN、3个12位ADC、2个12位DAC、SDIO、1个FSMC接口、2个USB(支持HOST/SLAVE)、1个摄像头接口、1个硬件随机数生成器以及1个10/100M以太网控制器等。
16位超低功耗单片机CPU板技术参数:
●EXP-MSP430F155:由16位单片机MSP430F155为核心器件,配以8MHz主时钟、32.768KHz低速时钟,IIC接口、SPI接口、ADC、DAC接口,JTAG接口,电压基准电路,电源指示,程序运行指示等功能。
●EXP-MSP430
FW427:由16位单片机MSP430FW427为核心器件,32.768KHz低速时钟,以适应低功耗的应用需求,双JTAG接口,低压差稳压源LDO,P1-4总线接口,电源接口,复位开关,程序运行指示等功能。
●EXP-MSP430
F5419:由16位单片机MSP430F155为核心器件,配以8MHz主时钟、32.768KHz低速时钟,双JTAG接口,低压差稳压源LDO,P1-4总线接口,电源接口,复位开关,程序运行指示等功能。
EDA系列适配器板技术参数:
●EXP-
EP3128/3256:配以10MHz时钟。为方便下载程序而提供的立插JTAG接口。
●EXP-
EP3128/3256:配以10MHz时钟。下载程序JTAG接口。电源可以通过总线或POWER接口两种方式提供+5V,通过低压差稳压源(LDO)TPS76HD325稳压至+3.3V和+2.5V。
●EXP- 3C05/3C10:配置芯片:EPCS4N;FLASH:AM29LV160DB;SRAM: IS61LV5128AL;电源模块:LM1117-1.2 (1.2V),LM1117-2.5 (3.3V),LM1117-2.5
(2.5V);其它接口及资源:5V电源接口、JTAG 下载口、复位键、扩展插槽P1、P2、P4。
●EXP- 4CE6:主控制器FPGA芯片:EP4CE6E22C8N(兼容EP4CE10E22C8N);配置芯片:EPCS4N;FLASH:AM29LV160DB;SRAM: IS61LV5128AL;电源模块:LM1117-1.2 (1.2V),LM1117-2.5 (2.5V),LM1117-3.3 (3.3V);其它接口及资源:5V电源接口、JTAG下载口、复位键、扩展插槽P1、P2、P4。
u 无线通信系列适配器板技术参数:
●EXP-WirelessMCU+E-CC-1310:EXP-WirelessMCU:支持最大主频为168 MHz的ARM Cortex-M4内核,1024KByte FLASH,192+4KByte SRAM,LQFP-144封装。外设资源包括6个USART、12个16位的定时器、2个32位定时器、2个DMA控制器(16通道)、3个SPI、2个全双工I2S、3个I2C、2个CAN、3个12位ADC、2个12位DAC、SDIO、1个FSMC接口、2个USB(支持HOST/SLAVE)、1个摄像头接口、1个硬件随机数生成器以及1个10/100M以太网控制器等。
E-CC-1310核心板参数:CC1310F128,封装RGZ;CC1310是TI在SimpleLink超低功耗平台系列发布的一个产品;具有强大的ARM Cortex-M3 32位处理器,其RF内核采用ARM Cortex-M0 16位处理器,有一个独立的超低功耗传感器控制器Sensor Controller,2KB超低泄露代码和数据;支持无线M总线以及所选 IEEE 802.15.4g PHY ;时钟速率最高可达48MHz; 2 引脚 cJTAG 和 JTAG 调试;支持无线 (OTA) 升级,片上内部 DC-DC 转换器,无缝集成 SimpleLink™CC1190 范围扩展器;所有引出的数字外设引脚均可连接任意 GPIO。功能:建立传感器网络,与STM32F407进行串口通信协议,透传上下行数据。双排自锁按键开关,模块电源可以单独控制;预留的UART0 DB9公插头,CC1310没有在此处引出串口接口;3个用户按键,4个用户LED指示灯,1个Φ12有源蜂鸣器;可外扩天线;CC1310不可外扩天线;
●EXP-WirelessMCU+E-CC-RF:EXP-WirelessMCU:支持最大主频为168 MHz的ARM Cortex-M4内核,1024KByte FLASH,192+4KByte SRAM,LQFP-144封装。外设资源包括6个USART、12个16位的定时器、2个32位定时器、2个DMA控制器(16通道)、3个SPI、2个全双工I2S、3个I2C、2个CAN、3个12位ADC、2个12位DAC、SDIO、1个FSMC接口、2个USB(支持HOST/SLAVE)、1个摄像头接口、1个硬件随机数生成器以及1个10/100M以太网控制器等。
E-CC-RF核心板参数:TI公司原装进口的CC2530芯片,芯片内部集成了8051单片机及无线收发器。该模块功能:建立网络,与STM32F407进行串口通信协议,透传上下行数据;
双排自锁按键开关,模块电源可以单独控制;预留UART0 DB9公插头,3个用户按键,4个用户LED指示灯,1个Φ12有源蜂鸣器;可外扩天线。
三、可开设的实验项目
★基于AI CPU系统深度学习算法实验
实验01 构造线性回归模型
实验02 逻辑回归框架
实验03 迭代完成逻辑回归模块
实验04 神经网络模型架构
实验05 训练神经网络
实验06 卷积神经网络模型架构
实验07 RNN网络模型
实验08 循环神经网络LSTM
实验09 双向循环神经网络
实验10 动态循环神经网络
实验11 对抗生成网络
实验12 目标识别
实验13 自编码器
★基于AI CPU系统应用实验
实验01 GoogleNet物体识别
实验02 FaceNet120人脸检测
实验03 神经网络Lenet模型
实验04 手语识别
实验05 色块跟踪
实验06 视觉建图
实验07 激光雷达建图
★基于keil c51(89S51)系统资源实验
实验一 IO开关量输入实验
实验二
IO输出驱动继电器(或光电隔离器)实验
实验三
IO输入/输出------半导体温度传感器DS18B20实验
实验四 外部外部中断----脉冲计数实验
实验五 计数器实验
实验六 秒时钟发生器实验
实验七 PC机串口通讯实验
实验八 RS485通讯实验
实验九 RAM存储器读写实验
实验十
PWM发生器(模拟)实验
实验十一 蜂鸣器实验
实验十二
WDG(内部)实验
实验十三
SPI(模拟)实验-----TLC2543 AD转换实验
实验十四
SPI(模拟)实验-----TLV5616 DA转换实验
实验十五
CH451数码管显示与键盘实验
实验十六 步进电机正反转实验
实验十七 点阵显示汉字实验
★基于Cortex-M3系统资源实验
实验一 Cortex-M3的GPIO实验
实验二 Cortex-M3的中断实验
实验三 Cortex-M3的定时/计数器实验
实验四 Cortex-M3的串口实验
实验五 存储器实验
实验六 PWM发生器实验
实验七 WDT看门狗实验
实验八 SPI总线实验
实验九 综合实验
实验十 步进电机实验
实验十一 16*16LED点阵显示汉字实验
实验十二 基于CAN总线通信实验
实验十三 基于USB设备的DEVICE实验
实验十四 基于USB设备的HOST实验
实验十五 基于以太网的web服务器实验
★基于STM32系统资源实验
第一章 基础实验
实验一 GPIO实验
实验二 外部中断实验
实验三 定时器实验
实验四 RTC实验
实验五 串口实验
实验六 存储器实验
实验七 PWM发生器实验
实验八 WDT看门狗实验
实验九 内部ADC转换实验
实验十 内部DAC转换实验
实验十一
SPI总线实验
实验十二
CH451实验
实验十三 步进电机实验
实验十四 16*16 LED点阵显示汉字实验
实验十五 基于USB设备的DEVICE实验
实验十六 基于USB设备的HOST实验
实验十七 TCP服务器实验
实验十八 TCP客户端T实验
实验十九 UDP服务器实验
实验二十 UDP客户端实验
实验二十一 HTTP_SERVE实验
第二章 UCOS-II实验
实验一 多任务实验
实验二 信号量实验
实验三 邮箱实验
实验四 消息队列实验
实验五 事件标志组实验
第三章 E-LAB模块实验
第一类
通讯类模块实验
实验一 无线收发模块实验
实验二
蓝牙实验
实验三
GSM通讯实验
实验四
GPS模块实验
实验五 光纤通讯实验
实验六
ZigBee模块实验
实验七
WIFI模块实验
第二类
传感器类模块实验
实验一 温度传感器实验
实验二
人体红外传感器实验
实验三 红外对管传感器实验
实验四 可燃气体传感器实验
实验五 霍尔电流传感器实验
实验六 压力传感器实验
实验七
湿敏电阻传感器实验
实验八 超声波实验
第三类
对象模块实验
实验一 八路继电器模块实验
实验二
12路光耦隔离电路实验
实验三 点阵式LCD模块实验
实验四 二相四拍步进电机模块实验
实验五 三相六拍步进电机模块实验
实验六 温度PWM控制实验
实验七
MIFARE加密IC卡实验
实验八 微型打印机扩展模块实验
实验九 语音录放实验
实验十 MP3模块实验
实验十一 语音录放实验
第四章 传感器实验
实验一 继电器实验
实验二
温湿度采集实验
实验三
光照度采集实验
实验四 红外报警实验
实验五 红外测温实验
实验六 气压计采集实验
实验七
六轴传感器实验
实验八
125K RFID实验
实验九 二氧化碳采集实验
实验十 13.56M RFID实验
实验十一 霍尔传感器实验
实验十二 振动传感器实验
实验十三 超声波测距实验
实验十四 直流电机实验
实验十五 步进电机实验
实验十六 煤气报警实验
实验十七 电池节电实验
实验十八
RGB传感器实验
实验十九 全彩LED控制实验
实验二十
PM2.5采集实验
实验二十一
GSM实验
实验二十二
GPS实验
实验二十三 蓝牙从机实验
实验二十四
WIFI AP实验
★基于MSP430实验项目
实验一 IO开关量输入实验
实验二 IO输出驱动继电器(或光电隔离器实验)
实验三 IO输入/输出---半导体温度传感器DS18B20实验
实验四 外部中断----脉冲计数实验
实验五 基本定时器BT实验
实验六 定时器TA实验
实验七 定时器TB实验
实验八 看门狗定时器WDT实验
实验九 RAM存储器读写实验
实验十 用定时器TA产生PWM方波驱动蜂鸣器实验
实验十一 SPI(模拟)实验-----TLC2543 AD转换实验
实验十二 430内部AD转换实验
实验十三 SPI(模拟)实验-----TLV5616 DA转换实验
实验十四 SPI(硬件)实验-----TLV5616 DA转换实验
实验十五 内部DA转换实验
实验十六 电机转速实验
实验十七 步进电机正反转实验
实验十八 16X16LED点阵显示汉字实验
★基于C8051F021系统资源实验
实验一
IO开关量输入实验
实验二
IO输出驱动继电器(或光电隔离器)实验
实验三
IO输入/输出------半导体温度传感器DS18B20实验
实验四 外部外部中断----脉冲计数实验
实验五 计数器实验
实验六 秒时钟发生器实验
实验七 PC机串口通讯实验
实验八 RS485通讯实验
实验九 1RAM存储器读写实验
实验十
PWM发生器(模拟)实验
实验十一
PWM发生器(内部)实验
实验十二
WDG(内部)实验
实验十三
SPI(模拟)实验-----TLC2543 AD转换实验
实验十四
SPI(模拟)实验-----TLV5616 DA转换实验
实验十五
I2C(模拟)实验-----AT24C01读写实验
实验十六 步进电机正反转实验
实验十七 点阵显示汉字实验
★基于A1tera CPLD/FPGA/SOPC 系统设计实验
第一章 数字可编程设计实验
实验一 组合逻辑3-8译码器的设计
实验二 半加器
实验三 全加器
实验四 全减器
实验五
4位向量加法/减法器
实验六 向量乘法器
实验七 数据比较器
实验八 多路数据选择器
实验九 编码器
实验十 译码器
实验十一 二进制码转换成BCD码
实验十二
BCD码转换成二进制码
实验十三
BCD码转换成格雷码
实验十四 组合逻辑电路的设计
实验十五 简单状态机
实验十六 串入/并出移位寄存器
实验十七 并入/串出移位寄存器
实验十八 多功能寄存器
实验十九 单脉冲发生器
实验二十 节拍脉冲发生器
实验二十一 奇偶检验
实验二十二 计数器
实验二十三
7段数码管显示
实验二十四 步进电机控制实验
实验二十五 蜂鸣器演奏实验
实验二十六 继电器光耦控制实验
实验二十七 数字温度传感器实验
实验二十八 秒表设计实验
第二章 基于NIOS的软核设计实验
实验一
16x16点阵实验
实验二
TLC2543 AD转换实验
实验三
TLV5616 DA转换实验
实验四
UART与PC机通信实验
实验五 直流电机调速实验
实验六 步进电机控制实验
实验七
RS485通讯实验
实验八 基于SOPC的uC/OS-II操作系统应用实验
★无线通信系统设计实验
第一章
基础实验
实验一 GPIO实验
实验二 中断实验
实验三 定时器实验
实验四 串口实验
实验五 存储器实验
实验六 PWM发生器实验
实验七 WDT看门狗实验
实验八 SPI总线实验
实验九 步进电机实验
实验十 直流电机测速实验
实验十一 16*16LED点阵显示汉字实验
实验十二
CH451数码管显示与键盘实验
实验十三
24个传感器基本实验
第二章
E-LAB模块实验
第一类
通讯类模块实验
实验一 无线收发模块实验
实验二
蓝牙实验
实验三
GSM通讯实验
实验四
GPS模块实验
实验五 光纤通讯实验
实验六
WIFI模块实验
第二类
传感器类模块实验
实验一 温度传感器实验
实验二
人体红外传感器实验
实验三 红外对管传感器实验
实验四 可燃气体传感器实验
实验五 霍尔电流传感器实验
实验六 压力传感器实验
实验七
湿敏电阻传感器实验
实验八 超声波实验
第三类
对象模块实验
实验一 八路继电器模块实验
实验二
12路光耦隔离电路实验
实验三 点阵式LCD模块实验
实验四 二相四拍步进电机模块实验
实验五 三相六拍步进电机模块实验
实验六 温度PWM控制实验
实验七
MIFARE加密IC卡实验
实验八 微型打印机扩展模块实验
实验九 语音录放实验
实验十 MP3模块实验
实验十一 语音录放实验
第三章
协议栈实验
实验一 继电器实验
实验二
温湿度采集实验
实验三 光照度采集实验
实验四 红外报警实验
实验五 红外测温实验
实验六 气压计采集实验
实验七
六轴传感器实验
实验八
125K RFID实验
实验九 二氧化碳采集实验
实验十 13.56M RFID实验
实验十一 霍尔传感器实验
实验十二 振动传感器实验
实验十三 超声波测距实验
实验十四 直流电机实验
实验十五 步进电机实验
实验十六 煤气报警实验
实验十七 电池节电实验
实验十八
RGB传感器实验
实验十九 全彩LED控制实验
实验二十
PM2.5采集实验
实验二十一
GSM实验
实验二十二
GPS实验
实验二十三 蓝牙从机实验
实验二十四
WIFI AP实验
四、系统技术性能及规格
1、工作电源:输入AC220V,50Hz,输出:DC5V/3A,±12V/1A,带有过流、短路等保护;
2、工作环境:-15℃~+60℃ 相对湿度<85%(25℃);
3、系统规格尺寸(长x宽x厚):500 x 360 x 100mm,采用铝合金型材、箱式设备。
六、产品参考图片
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