Modèle Rapport2-Article IEEE 1

Rapport en Article

Conception et Simulation des Feux tricolores

de croisement du carrefour ACACIAS sur

PROTEUS 8

NJOCK BATAKE Emmanuel Eric, SIGNE Thierry

cole Nationale Suprieure Polyethnique de Yaound, Cameroun Courriel : [email protected], [email protected]

29 janv.15 :

GE_PRIN 514, Projet dingnieur

Rsum (Abstract) --Dans le cadre de lunit denseignement GE_PRIN 514, il tait question pour nous de concevoir,

danalyser et dexploiter un systme de quatre blocs de feux tricolores deux deux symtriques. Ce projet nous a

permis dans un premier temps de comprendre les notions

lies leffort mais aussi la ralisation dun systme concret pouvant tre implment de faon pratique. Aprs

avoir ressorti les schmas quivalents des diffrentes blocs

sur Proteus_8 du systme que nous avons tudi, nous

avons calcul les diffrents paramtres, afin de

dimensionner les horloges comprises dans le systme, aussi

de dterminer la dure de chaque feux et par suite du

cycle de fonctionnement de notre dit systme, la mthode

tant clairement illustre plus bas. Une importance

particulire a t accorde lanalyse des rsultats obtenus toute fois notons que lapproche mthodologique usite ici est celle vue en cour et quelle suit un canevas.

Mots cls Alimentation, Commande, Temporisation, logique, squences, sorties.

N.BATAKE Emmanuel ric tudiant de 5me anne en gnie lectrique, ENSP, Yaound SIGNE Thierry tudiant de 5me anne en gnie lectrique, ENSP, Yaound

1. INTRODUCTION De nos jours les carrefours routiers deviennent de plus en plus

dangereux du fait de laccroissement constant du trafic urbain.

Connaissant linsubordination relative de lusager routier qui a

des frquences rgulires engendre de malheureux accidents

mortels, force nous ait donn de constater que ces carrefours

doivent tre quips de systmes automatiques permettant de

rguler le dbit de la circulation routire.

Pour pallier ou remdier cette situation, la solution selon

laquelle, il faut installer des FEUX TRICOLORES respectant

des dlais et ceci de faon rigoureuse apparait donc comme tant

inluctable.

Dans un premier temps, Ltude suivante portera sur la

conception et la simulation de feux tricolores croiss du

carrefour ACCACIA mais ce modle bien qutant lobjet de notre

tude est un modle qui peut sappliquer sur tout carrefour du

mme type (type crois).

II. THEORIE et CANEVAS DE LA

MTHODE A SUIVRE. Le systme de feux croiss que nous allons tudier est dot

constitu de 04 bloc de feux. Chaque Bloc[i] de feux (i=

1,...,4) dispose de 03 composantes V[i], O[i] et R[i] qui sont

respectivement un feu Vert, un feu Orange et un feu de

Rouge. Ces blocs de feux sont deux deux symtriques cest--dire V1=V3, O1= O3, R1=R3, (blocs 1 et 3), et V2=V4,

O2=O4, R2=R4 (blocs 2 et 4). La figure suivante permettre de

mieux illustrer nos propos;

Figure 1 : systme tudier

Chacun des lments de ce systme est caractris par

un certain nombre de paramtres, la dure de chacun des blocs

de feux qui conditionne le cycle du systme. Pour ce qui est

par exemple du bloc 1 sa dure est obtenue en additionnant les

dures respectives des feux vert, orange et II.1.1 rouge.

II.1 ANALYSE FONCTIONNELLE (fonctional analysis).

Le mode de fonctionnement est le mode feux tricolores relatif une circulation normale indpendamment de la densit du trafic routier. Nous avons conu un systme rglable en fonction des exigences de lutilisateur du logiciel. Logiciel mais qu cela ne tienne nous avons opts dans notre labeur pour une dure du cycle de fonctionnement de 15s. En raison de la symtrie entre deux blocs de feux, comme il la t dit plus haut, nous pouvons prsenter la squence de fonctionnement suivante : Le systme fonctionne suivant les squences ci-aprs :

Fig2 : reprsentation du fonctionnement du systme de feux croiss sur deux cycles.

e Voie 1 et 3 :

VERT 1 ou 3 ORANGE 1 ou 3

ROUGE 1 ou 3

Voie 2 et 4 :

ROUGE 2 ou 4 ORANGE 2

ou 4

VERT 2 ou 4

On remarque que la dure du feu rouge du bloc 1

(respectivement du bloc 2) est gale la somme des dures des

feux Vert 2 et Orange 2 (respectivement la somme des dures des

feux Vert 1 et Orange 1).

II.2 DENOUEMENT DES DIFFERENTES SEQUENCES DOPERATION DU SYSTME (operating sequences).

En raison de la symtrie que prsente notre systme nous ncrirons que les tats des sorties V1 V2 O1 O2 R1 R2 les autres tats tant dduit par symtrie comme nous lavons dcrit au dbut. Partant, daprs les squences de la figure 2 nous obtenons :

Squence 1:

V1 is ON V2 is OFF

O1 is OFF O2 is OFF R1 is OFF R2 is ON

Condition dactivation: V1 est ON, ou TO2 est VRAI (gale 1) et O2 est ON. Condition de dsactivation : O1 est ON

Squence 2:

V1 is OFF V2 is OFF

O1 is ON O2 is OFF R1 is OFF R2 is ON

Condition dactivation: O1 est ON, ou TV1 est VRAI (gale 1) et V1 est ON. Condition de dsactivation : O1 est ON

Squence 3:

V1 is OFF V2 is ON

O1 is OFF O2 is OFF R1 is ON R2 is OFF

Rapport-article Conception et Simulation des feux tricolores de croisement du carrefour ACCACIA sur PROTEUS_8 Cours GE_RESY512en gnie lectrique


Squence 4:

V1 is OFF V2 is OFF

O1 is OFF O2 is ON R1 is ON R2 is OFF LEGENDE: OFF: Le feu est ETEINT ON : Le feu est ALLUME

Les feux suivent les conditions dactivations et de dsactivations ci contre feux Condition dactivation Condition de

dsactivation

V1 V1 est ON Ou : T_15s vrai et O2 est ON

O1 est ON

O1 O1 est ON Ou : T_5s vrai et V1 est ON

R1 est ON

R1 R1 est ON Ou T_7s vrai et O1 est ON

V1 est ON

V2 V2 est ON Ou T_7s vrai et O1 est ON

O2 est ON

O2 O2 est ON Ou T_13s vrai et V2 est ON

R2 est ON

R2 R2 est ON Ou T_15s vrai et O2 est ON

V2 est ON

LEGENDE 2 :

T_5s : est un boolen qui devient vrai (gale 1) lorsque les 5 seconde du feu V1 sont coules (c'est--dire aprs que le compteur modulo 16 est compt 5 secondes.) T_7s : est un boolen qui devient vrai (gale 1) lorsque les 2 seconde du feu O1 sont coules (c'est--dire aprs que le compteur modulo 16 est compt 7 secondes.) T_13s : est un boolen qui devient vrai (gale 1) lorsque les 6 seconde du feu V2 sont coules (c'est--dire aprs que le compteur modulo 16 est compt 13 secondes.) T_15s: est un boolen qui devient vrai (gale 1) lorsque les 2 seconde du feu O2 sont coules (c'est--dire aprs que le compteur modulo 16 est compt 15 secondes.) Remarque : Notre cycle ayant une dure de 16s nous, pouvons utiliser pour entres un compteur modulo 16 = (2)4 , pouvant tre implment aisment laide de 4 bascules D. Si nous appelons D1, D2, D3, D4 les 04 bascule que comporte notre compteur, et si nous dsignions par Q0, Q1, Q2, Q3 leurs sorties respectives alors, nous faisons la constatation selon laquelle, les variables boolennes de temps dcrites ci-dessus (5s, 7s, 13s ,15s) qui permettent dteindre un feu correspondent aux squences suivantes :

Comme nous lavons dj mentionn plus haut, le cycle que nous avons choisi est le cycle de 15 secondes. Partant, il nous faut donc un compteur modulo 16, et comme nous lavions dj dit plus haut nous allons utiliser 4 bascules D (D0, D1, D2, D3) dont les diffrentes sorties Q3, Q2, Q1, Q0 ont dj t prcise dans la remarque prcdente.

II.3 SWITCHING TABLE

Fort de toutes les affirmations faites prcdemment nous pouvons donc dresser un tableau rcapitulatif des variations des tats du systme, en fonction des entres qui nous permettra de savoir ce qui ce passe dans le systme mais aussi quelles sont les valeurs des diffrentes sorties (feux) selon ltat que le systme nous prsentera de par ses variations intrinsques. Nous pouvons nous rsumer comme suit : Pour se faire, nous avons subdivis le switching table en 3 partie

PARTIE A :

Les entres (CLK est compteur modulo 16 fait partir des

bascules D. On a ici 4 bascules D de sorties respectives

chacune Q0, Q1, Q2, Q3). Les Si sont les tats du systme de

feux.

State CLK1 Compteur modulo 16 en binaire

Q3 Q2 Q1 Q0

S1 0 0 0 0 0 0

S2 1 0 0 0 1 1

S3 0 0 0 1 0 2

S4 1 0 0 1 1 3

S5 0 0 1 0 0 4

S6 1 0 1 0 1 5

S7 0 0 1 1 0 6

S8 1 0 1 1 1 7

S9 0 1 0 0 0 8

S10 1 1 0 0 1 9

S11 0 1 0 1 0 10

S12 1 1 0 1 1 11

S13 0 1 1 0 0 12

S14 1 1 1 0 1 13

S15 0 1 1 1 0 14

S16 1 1 1 1 1 15

T_5s = 3 2 1 0 T_7s = 3 210 FS = 3 2 1 0 T_13s = 3 2 1 0 T_15s = 3210

PARTIE B :

Les variables boolennes T_5s, T_7s, T_13s, T_15s qui leur action ou leur passage 0 1 sont des transitions qui

lorsquelles sont vrifies dclenchent larrt du feu dont de dure correspondante. Comme on le constate chaque T est

suivi de la dure correspondant larrt dun feu.

T_5s T_7s T_13s T_15s

0 0 0 0

0 0 0 0

0 0 0 0

0 0 0 0

0 0 0 0

1 0 0 0

1 0 0 0

1 1 0 0

1 1 0 0

1 1 0 0

1 1 0 0

1 1 0 0

1 1 0 0

1 1 1 0

1 1 0 0

1 1 1 1

PARTIE C : les sorties correspondantes aux variations squentielles du compteur modulo 16 (CLK)

V1 O1 V2 O2 R1 R2

1 0 0 0 0 1

1 0 0 0 0 1

1 0 0 0 0 1

1 0 0 0 0 1

1 0 0 0 0 1

1 0 0 0 0 1

0 1 0 0 0 1

0 1 0 0 0 1

0 0 1 0 1 0

0 0 1 0 1 0

0 0 1 0 1 0

0 0 1 0 1 0

0 0 1 0 1 0

0 0 1 0 1 0

0 0 0 1 1 0

0 0 0 1 1 0

Ce qui nous conduit directement la mise en criture des quations des entres en fonction des sorties Si nous appelons FS (FISRT SCAN) la squence 0000(dont on est oblig de tenir compte) dinitialisation de notre compteur alors on bien : Partant, et ce grce au tableau succde la lgende du tableau qui est en dessous de la squence 4, Les quations tant attendues qui satisfont au tableau ci-dessus sont les suivantes :

V1 = [V1+ FS + (T_15s).O2].O1

V2 = [V2 + (T_7s).O1].O2

O1 = [O1 + (T_5s).V1].R1

O2 = [O2 + (T_13s).V2]. R2

R1 = [R1 + (T_7s).O1].V1

R2 = [R2+ FS + (T_15s).O2].V2

FS =



II.4 DIAGRAMME DETAT, EQUATION DETAT ET VERIFICATION DES EQUATIONS ENTREES

SORTIES.

Les quations dtat sont donc :

S0= [S0 + FS + (T_15s).S3].1

S1= [S1 + (T_5s).S0].2

S2= [S2 + (T_7s).S1].3

S3= [S3 + (T_13s).S2].0

En outr on remarque aussi sur le state diagram que: V1= S0 O1= S1 V2= S2 O2 = S3 (Il suffit de remarquer que V1 nest actif que pendant ltat S0. On procde de mme pour dterminer O1, V2, et O2.) En remplaant donc les valeurs de V1, V2, O1 et O2 dans les 4

quations dtat ci- dessus nous obtenons :

V1 = [V1+ FS + (T_15s).O2].O1

V2 = [V2 + (T_7s).O1].O2

O1 = [O1 + (T_5s).V1].R1

O2 = [O2 + (T_13s).V2]. R2

Puisque R1 et R2 sont teint respectivement lorsque V1, 01 Puis V2, 01 sont teint et partant de leur condition dactivation cites plus haut, il en dcoule que :

R1 = [R1 + (T_7s).O1].V1

R2 = [R2+ FS + (T_15s).O2].V2

REMARQUE : Les quations dentre sortie ainsi obtenues sont celles que nous avions eu la page prcdente. Ceci nous montre bien que le cblage des diffrentes variable boolennes T_5s , T_7s, T_13s, T_15s selon leur diffrentes expression en fonction des valeur du compteur modulo 16 (Q0, Q1, Q2, Q3) comme nous lavons fait plus haut , est ncessaire et suffisant, et quon a pas besoin de cbler les variables qui permettrons dteindre les feux R1 et R2 , puisquils ne dpendent daucune inconnue mis par T_5s , T_7s, T_13s, T_13s et les autres feux V1, V2 O1, O2. Les conditions dactivations de chaque feu tant :

III. PRATIQUE : CONCEPTION ET

IMPLMENTATION SYSTMIQUES.

III.1 SHEMA BLOC DE LENSEMBLE DU SYSTME DES 04 FEUX TRICOLORES (Croiss).

: SV1 = [V1+ FS + (T_15s).O2] SO1 = [O1 + (T_5s).V1] SV2 = [V2 + (T_7s).O1] SO2 = [O2 + (T_13s).V2] SR1 = [R1 + (T_7s).O1] SR2 = [R2+ FS + (T_15s).O2]

III.1.1 DESCRIPTION DES DIFFERENTS BLOCS

III.1.1.1 BLOCS DE GENERATION DES SIGNAUX PERIODIQUE Ce bloc est constitu de deux rsistance R1 et R2, de deux condensateurs C1 et C, dun oscillateur NE555 qui gnre des signaux rectangulaires (dont la dure des tats hauts et bas sont diffrents do lobservation dune asymtrie), et dune bascule D (grce laquelle nous avons pu gnrer un signal carr). Ce block est li CKL1 : Signal rectangulaire rgulier la sortie dune bascule D. Nous voulons un signal carr et symtrique pour pouvoir

effectuer bien notre comptage. Signal qui doit tre cadenc

1Hz. Il nous a donc fallu calculer les valeurs des rsistances et

des capacits du NE555. La bascule D sert juste obtenir un

signal acceptable.

Pour cela nous avons utilis les formules propres au NE555 savoir : Dure de ltat haut : t1 = 0.693 (R1 + R2) C1 Dure de ltat bas : t2 = 0.693 (R2) C1

Priode : T = t1 + t2 = 0.693 (R1 + 2R2) C1 Frquence :

F =1.44

1. (1 + 2 2)=

1

REMARQUE : ces formules sont des formules provenant de la conception du NE555 dont un extrait de figure peut tre donn droite de cette page comme nous pouvons le constater.

Nous avons donc le schma de lhorloge CLK1 sur PROTEUS 8 donn par :



Nous avons donc le schma de lhorloge CLK2 sur PROTEUS 8 donn par : REMARQUE : les deux horloges CKL1 et CLK2 ne diffrent que par la valeur des rsistances et des capacits des condensateurs. (Les diffrentes valeurs des rsistances et des condensateurs respectives des horloges peuvent tre lus sur les schmas ci-dessus.)

III.1.1.1 BLOCS DE COMPTAGE RAZ : accs permettant de mettre le bloc de comptage zro. Ce bloc de comptage est en fait comme nous lavons dj dit un compteur modulo 16s. Il compte 4 bascules D de sorties respectives Q0, Q1, Q2, Q3. Les quatre bascules sont toutes cadences la mme horloge CKL1. Pour des raisons despace les squences de notre compteur modulo 16 sont reprsentes droite comme suit :

Mais nous illustrons tout dabord lvolution des valeurs du compteur modulo 16 au cours du temps.

Remarque : Ici les bascules D fonctionnent sur front montant.

CLK1 compteur modulo 16 Valeur binaire Q3 Q2 Q1 Q0

0 0 0 0 0 0

1 0 0 0 1 1

0 0 0 1 0 2

1 0 0 1 1 3

0 0 1 0 0 4

1 0 1 0 1 5

0 0 1 1 0 6

1 0 1 1 1 7

0 1 0 0 0 8

1 1 0 0 1 9

0 1 0 1 0 10

1 1 0 1 1 11

0 1 1 0 0 12

1 1 1 0 1 13

0 1 1 1 0 14

1 1 1 1 1 15

A) COMPTEUR MODULO 16 REALISE SUR PROTEUS_8

Remarque : Comme nous pouvons le constater ce bloc permet de gnrer des valeurs boolennes des diffrentes sorties des bascules D. Ses valeurs doivent ensuite tre rcupre et combines dans loptique de gnrer laide dun autre systme de temporisation qui lorsquelles sont vrai teignent ou mettent un feu en arrt.



III.1.1.2 BLOC DE TEMPORISATION Comme nous le constatons ici, ce bloc, nous gnre des variables de temporisations ou variables boolennes (1 ou 0) qui lorsquelles sont 1 engendre immdiatement larrt dun feu, puisquen effet comme nous lavons dcrit plus haut ces boolens T_5s T_7s T_13s T_15s aux temps de feux V1, V2, 01, O2 ; respectivement. Le bloc de gnrations des variables de temporisation comme on le voit ci-dessus est essentiellement composs des 15 portes logiques AND (U5 : A, U5 : B U7 : D, U26 : B voir figure ci-dessus). Que nous pouvons apercevoir ci-dessus. A la fin de chaque bloc en bas on a une valeur de temporisation (T_5s T_7s T_13s T_15s).

Les fils de connexion qui lient les lments du bloc de temporisation aux fils gnrateurs des valeurs Q0, Q1, Q2, Q3 permettent dcrire les quations ci-contre : Pour ce qui est du FS (First Scan) nous dirons que cest la condition initiale. Celle qui permet le dbut du dcompte. Cette variable reprsente la sortie (in English default terminal) de la porte logique AND qui porte la dnomination U26 : B(7408).

TABLEAU DES VALEURS DE TEMPORISATION EN FONCTION DES VARIATIONS DE LHORLOGE.

state CLK1 T_5s T_7s T_13s T_15s

S1 0 0 0 0 0

S2 1

1 0 0 0 0

S3 0 0 0 0 0

S4 1 0 0 0 0

S5 0 0 0 0 0

S6 1 1 0 0 0

S7 0 1 0 0 0

S8 1 1 1 0 0

S9 0 1 1 0 0

S10 1 1 1 0 0

S11 0 1 1 0 0

S12 1 1 1 0 0

S13 0 1 1 0 0

S14 1 1 1 1 0

S15 0 1 1 1 0

S16 1 1 1 1 1

Remarque : Ce bloc fait dj parti intgrante du state

diagram (diagramme dtat) dfini dans lapproche

mthodique vue plus haut.

T_5s = 3 2 1 0 T_7s = 3 2 1 0 T_13s = 3 2 1 0 T_15s = 3210

FS = 3 2 1 0



III.1.1.3 BLOC DE PRODUCTION DUNE LOGIQUE DE COMMANDE.

Ce bloc dot des 06 sous lments cbls ci dessus de sorties respectives SO1, SR1, SV1, SO2, SR2, SV2 qui reprsentent les conditions dactivation respectives des feux V1, O1, R1 V2, O2, R2. Telles que : SV1 = [V1+ FS + (T_15s).O2] SO1 = [O1 + (T_5s).V1] SV2 = [V2 + (T_7s).O1] SO2 = [O2 + (T_13s).V2] SR1 = [R1 + (T_7s).O1] SR2 = [R2+ FS + (T_15s).O2]

III.1.1.3 BLOC DAIGUILLAGE

Notons que ce bloc est aliment par le signal dhorloge CLK2.il combine la fois la condition dactivation et

de dsactivation des feux puis renvoie une valeur boolenne qui permet au feu de rester allum ou teinte. Pour faire

court : cest le bloc de gnrations de toutes les sorties du systme (v1, v2, etc.).

III.1.1.3 BLOC AFFICHAGE

Remarque: Ce bloc a pour fonction principale

laffichage des feux de faon les rendent visibles.

Les feux sont programms.

STATE CKL1 V1 O1 V2 O2 R1 R2

S1 0 1 0 0 0 0 1

S2 1 1 0 0 0 0 1

S3 0 1 0 0 0 0 1

S4 1 1 0 0 0 0 1

S5 0 1 0 0 0 0 1

S6 1 1 0 0 0 0 1

S7 0 0 1 0 0 0 1

S8 1 0 1 0 0 0 1

S9 0 0 0 1 0 1 0

S10 1 0 0 1 0 1 0

S11 0 0 0 1 0 1 0

S12 1 0 0 1 0 1 0

S13 0 0 0 1 0 1 0

S14 1 0 0 1 0 1 0

S15 0 0 0 0 1 1 0

S16 1 0 0 0 1 1 0



VI. LIMITES ET PROPOSITION DE

SOLUTION POUR AMELIORER LES

PERFORMANCES DU SYTEME

ETUDIE.

VI.1 LIMITES

Concernant ltude faite sur notre systme, nous avons pu recenser les limites suivantes :

Le temps de fonctionnement (cycle) de fonctionnement de notre systme est fixe (15seconde).

La frquence de lhorloge CKL2 doit toujours tre suprieure celle de CKL1 si non on risque davoir deux feux allums lors de la transition dun feu un autre.

Le dimensionnement des horloges nest pas une priode dune seconde exactement mais sapproche dune seconde et les incertitudes sur les erreurs de dcompte nont pas t calcules.

Le dimensionnement de tous les quipements du systme na pas t fait ce qui le rend infrieur concernant la comptitivit sur le march car lutilisateur se doit de connaitre sa dure la dure de vie des appareils automatiques quil utilise.

Il ny a pas de systme de protection prvu pour lhomme dans notre conception ce qui lexpose dventuel dangers dlectrisation et peut tre dlectrocution si les courants sont grands (courts circuit, monophas, diphas isol, diphas la terre, triphas).

Le prix des diffrentes composantes na pas t pris en compte ici (portes logiques, conducteurs)

VI.2 PROPOSITION DUN SYSTME POUR PERFECTIONNER LE PRECEDANT.

Le systme que nous proposons ici est le mme que le prcdent mais un dtail prs :

Ici les deux rsistances R1 et R2 des horloges CLK1 et CLK2 sont remplaces par des POTENTIOMETRES permettant de faire varier les rsistances et donc de prolonger ou de rduire les priodes des horloges cite ci-dessus et par suite ce qui une consquence de prolongement ou la rduction immdiats de la dure des diffrents feux V1, V2, O1, O2, R1, R2. Nous donnons donc ici un aperu visuel et pratique dillustration de nos propos :

FIG1 : schma de lhorloge CKL1 amliore.

FIG : schma de lhorloge CKL1 amliore. REMARQUE : Les potentiomtres sur PROTEUS 8 sont faits de telle sorte quils puissent tre rgls grce un certain pourcentage dessin sur le potentiomtre sur PROTEUS. Ainsi, si la capacit du potentiomtre est par exemple de 1MEGA Ohm. Lutilisateur peut par exemple rgler le potentiomtre 1% .ce qui lui confre une rsistance de :

1(1

100) 1 = (

1000000

100) = 10

Nous avons simul grce ce montage des cycles de fonctionnement de 30 et 32 et 16 secondes grce aux donnes ci-contre :

CYCLE DE 30 secondes

Horloge

CLK1 R1 R2 C1 C

1k 0.22k 1.00111 mF

0. 31 mF

Horloge CLK2

R3 R4 C2 C''

2k 0.5k 0.1mF 0. 30 mF

CYCLE DE 32 secondes

CONCLUSION

Parvenus au terme de notre analyse, force nous a t donn de constater limportance des systmes automatique dans le cadre de la scurit routire, exprience qui nous a permis de gagner en savoir faire (conception) mais aussi en savoir faire faire (implmentation). Le fruit du travail de lHomme tant sans cesse parfaire, nous somme et restons ouvert toute critique pouvant susciter lamlioration de ce document.

Horloge CLK1

R1 R2 C1 C

0.5k 0.1k 1.00111 mF

0. 31 mF

Horloge CLK2

R3 R4 C2 C''

10k 10k 0.1uF 0.1uF

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