资源简介 (共73张PPT)2.4 传感与控制第二章 信息系统的支撑技术1.通过分析物联网应用实例，了解信息系统与外部世界的连接方式。2.了解常见的传感与控制机制，认识常用的传感器及作用。3.通过分析具体信息系统实例，了解传感器获取外界信息的过程。目 录CONTENTS知识梳理01例题精析02随堂检测03课时作业04知识梳理1一、信息系统与外部世界的联系1.信息系统(1)信息系统要发挥作用，必须与外部世界进行联系。在基于传统网络的信息系统中，这种联系需要以人为中介进行；随着物联网和人工智能的发展，信息系统逐渐可以通过__________自动获取外部信息，也可以通过一定的机制实现对外部物体的__________。(2)在由传感与控制技术支持的信息系统中，__________负责将采集到的外部世界的各种信息输入到信息系统；__________则实现信息系统对外部世界的控制。传感技术直接控制传感技术控制技术2.举例说明(1)天网监控系统：各大城市设置的“天网监控系统”利用安装在大街小巷的大量摄像头组成了监控网络，在此系统中，摄像头作为采集图像信息的图像传感器起到了关键的作用。天网监控系统(2)火车站的闸机：12306火车售票系统启用以后，在越来越多的高铁站，人们直接刷二代身份证就可完成检票、通过闸机。火车站的闸机(3)微信智能锁和QQ物联功能：微信智能锁是微信的衍生产品，可以通过微信远程智能控制门锁的开与关；“QQ物联智能硬件开放平台”发布，将QQ账号体系、好友关系链及QQ消息通道能力等核心能力，提供给可穿戴设备、智能家居、智能车载、传统硬件等领域的合作伙伴，实现用户与设备以及设备与设备之间的互联、互通、互动。二、常见的传感器技术1.传感器的作用及组成信息系统可以通过__________自动获取外部信息(例如温度、亮度、声音、人脸等)，也可以通过一定的机制实现对外部物体的直接控制。传感技术负责将采集到的外部信息输入到信息系统。传感器属于信息输入设备，一般由__________、__________、______________三部分组成。(1)敏感元件：感受(或响应)和检出被测对象的待测信息。(2)转换元件：将敏感元件所感受(或响应)的信息直接转换成有用信号(一般为电信号)。(3)其他辅助元件：主要包括____________________及其所需的______。传感技术敏感元件转换元件其他辅助元件信号调节与转换电路电源传感器的结构示意图2.传感器的分类根据基本感知功能的不同，通常把传感器分为______、______、______、______、______、______、______、______和______等传感器。传感器与人类感觉器官的类比热敏光敏气敏力敏磁敏湿敏声敏色敏味敏传感器名称 人类感觉 人类器官光敏传感器 视觉 眼睛声敏传感器 听觉 耳朵气敏传感器 嗅觉 鼻子味敏传感器 味觉 舌头压敏传感器 触觉 皮肤热敏传感器 触觉 皮肤生活中常见的传感器有______、______、______、______等传感器。声音温度光线气体常见传感器3.传感器的作用(1)传感器在智能手机中的应用①光线传感器：自动调节屏幕背光的亮度。②距离传感器：检测手机是否贴在耳朵上正在打电话，以便自动调暗屏幕达到省电的目的。③重力传感器：实现手机横竖屏智能切换、拍照照片朝向切换。④加速度传感器：实现计步功能。⑤指纹传感器：实现加密、解锁、电子支付等功能。⑥霍尔传感器：实现翻盖自动解锁、合盖自动锁屏等功能。(2)同一种传感器采用不同的算法，还可以实现不同的功能①如智能手环中的加速度传感器：实现计步功能；监测用户的睡眠状况。②磁场传感器：制作电子指南针；制作电子金属探测器。(3)传感器技术也在不断地发展过程中①光学心率传感器：用于检测用户的心率。②皮电反应传感器：可以更准确地监测用户的运动状态。三、传感器信息的获取1.概念传感器获得信息以后，信息系统需要获取这些信息，然后对信息进行加工处理以实现信息系统的既定功能。2.方式信息系统要从传感器获取信息，可以采用多种通信方式，如无线网络、蓝牙、串口(COM接口)等。传统的计算机一般没有传感器的接口，需要借助于其他具备传感器接口的智能终端来实现信息的获取。而计算机和智能终端的通信一般采用COM接口或通过USB接口模拟COM接口来实现。3.举例选择micro：bit设备作为采集传感器数据的智能终端，通过Python编程，获取温度传感器的信息。micro：bit开发板(1)器材清单：micro：bit；USB连接线。(2)操作步骤①通过USB连接线将micro：bit接到计算机，并安装串口驱动。通过“设备管理器”查看COM端口号②编写程序，获取环境数据。打开micro：bit的离线版IDE程序BXY Python Editor(简称BXY)。输入代码，单击“下载并运行”按钮，micro：bit开发板上的LED开始闪烁。等到闪烁停止，表示程序上传成功。用BXY编写代码注：micro：bit的代码采用MicroPython语言编写。MicroPython是Python的子集，为单片机(MicroController Unit，简称MCU)应用领域开发而定制的一种语言，即运行在单片机上的Python。temperature()指读取开发板上自带的温度传感器，sleep (200)表示延时 200毫秒。这段代码的作用是让micro：bit每隔200毫秒通过串口输出检测到的温度值。③通过串口调试工具，查看串口数据。单击BXY的“串口调试”按钮，就能看到micro：bit发送的温度传感器数据。这些数据就是温度传感器检测到的当前芯片温度。向micro：bit呵气或者吹热风，会发现数据发生变化。用BXY查看串口数据提示：(1)使用任何一款串口监视器都可以看到串口发送的数据，micro：bit默认的波特率是115200。(2)将代码中sleep(200)中的数字200改为500，这样串口发送的速度会慢一些，便于观察。④编写Python代码，读取串口数据并显示。首先需要导入Python的serial库，将波特率设置为115200。import serialser＝serial.Serial()#设置通信波特率，需要与micro：bit中设定的通信速率一致ser.baudrate＝115200#设置串口号ser.port＝'COM3'ser.open()while True：print(ser.readline())运行这段代码，即可看到Python的Shell窗口中不断输出串口的数据。适当修改代码，可以将从串口获取的数据保存到文本文件中，便于后期分析。import serialser＝serial.Serial()ser.baudrate＝115200ser.port＝'COM3'ser.open()f＝open('microbit.txt'，'wb')a＝20while a>0：a－＝1line＝ser.readline()f.write(line)print(line)f.close()ser.close()其中“f＝ open('microbit.txt', 'wb')”表示创建一个名为microbit.txt的文本文件，wb表示用二进制写入。四、射频识别技术1.射频识别技术概述(1)射频识别，又称无线射频识别(简称RFID)，属于通信技术的范畴，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据。同时，从信息采集的角度来看，射频识别技术也属于传感器技术。(2)所谓射频(简称RF)，是指____________________的高频电磁波。频率范围在 300 kHz～30 GHz之间的高频交变电流，会在导体周围的空间产生高频电磁波，并向外远距离传播出去，这些高频电磁波，就是射频。(3)射频识别的过程，实际上是一种无线传输：________发送特定的射频信号，________接收到射频信号后，并从中提取出有用信息。具有远距离传播能力发射端接收端(4)信息系统运用射频识别技术识别外部世界的事物，需要通过______________________并______________。射频信号识别目标对象读写相关数据信息系统利用RFID技术识别外部世界的事物这样就至少需要两大基本元素：发射端——RFID标签(也称电子标签)，接收端——RFID读写器。①电子标签：由芯片与天线(线圈)组成，每个标签具有唯一的电子编码。按照能量供给方式的不同，电子标签分为__________和__________。有源标签无源标签a.有源电子标签也称____________，其工作的能量由电池提供，能够主动向读写器发送射频信号。有源电子标签通常具有________________，但__________，________________，主要应用于贵重物品远距离检测等领域。b.无源电子标签也称为被动式标签，是最为常见的电子标签，其本身没有电源，依靠从读写器的电磁波中获得能量，激活标签中的芯片，芯片产生电磁波发送给读写器。无源电子标签具有价格便宜的优势，但其工作距离、存储容量等受到能量来源的限制。按照工作频率的不同，电子标签分为______________、______________、__________________和__________________四种。主动式标签更远的通信距离体积较大价格也相对较高低频(LF)高频(HF)超高频(UHF)微波频段(MW)②RFID读写器：主要任务是控制射频模块向标签发射读取信号，并接收标签的应答，对标签的对象标识信息进行解码，然后将对象标识信息和标签上其他相关信息传输到信息系统以供处理。最初的读写器大多只能在单一频率点工作，现在的读写器一般都支持多个频率点，能自动识别不同频率的标签信息。RFID读写器2.射频识别技术的应用(1)无源RFID产品：如公交卡、食堂餐卡、银行卡、宾馆门禁卡、第二代居民身份证等。(2)NFC技术：由RFID演变而来，是一种短距(运行于10厘米距离内)高频(13.56 MHz)的无线电技术。内置NFC功能的设备主要以手机为主，新的银行卡大多具有“闪付”功能，所谓“闪付”是指银行卡上集成了支持NFC功能的芯片。NFC的应用(3)应用领域举例①物流领域：仓库管理、货物追踪。②交通运输领域：高速公路不停车收费、停车场收费和出租车管理。③农林牧渔领域：牛羊、鱼类、水果等的管理和宠物、野生动物的跟踪。④医疗领域：药品生产、病人看护。⑤工业制造领域：自动化生产、质量追踪。五、信息系统中的控制信息系统通过传感器能够获取外部世界的各种信息，通过________，则可以________________。1.执行器的定义指在控制系统中接受控制信息并对受控对象施加控制作用的装置。2.执行器的应用(1)智能手环通过简单的震动来提醒用户。(2)火车、地铁的检票系统控制闸机的打开和关闭。(3)火警预报系统发现火情后发出警报，提醒用户找到逃生通道。执行器作用于外部世界3.控制与反馈信息反馈是指系统输出信息后，其返回的结果将对信息的再次输出产生影响，从而起到制约的作用，以达到预定的目的。控制与反馈例题精析2例1 智能手机中用于检测手机横竖屏朝向的是传感器是( )B解析 本题考查传感器知识。光线传感器可以自动调节屏幕背光的亮度；重力传感器可检测手机横竖屏的方向信息；加速度传感器可以实现计步功能。故选B。A.光线传感器 B.重力传感器C.温度传感器 D.加速度传感器变式训练1 根据系统结构分析，车辆“停车感应”的传感器与电杆上的智能终端是在一定区域范围内，为了连接方便，数据传输安全等，以下连接方式比较合理的是了连接方便，数据传输安全等，以下连接方式比较合理的是( )A.NFC连接 B.红外连接C.RFID连接 D.串口连接解析 红外线必须对着接收端，中间不能有阻挡物。NFC必须在短距离范围。C例2 某智能快递柜自动采集包裹的尺寸、重量等数据，并分配储物格。收件人手机APP扫码，系统控制对应位置的储物格锁扣打开，允许收件人取件。下列说法正确的是( )解析 B选项手机APP扫码是将图像的解码。C选项输入取件码用于输入数据。D选项系统控制对应位置的储物格锁扣打开。AA.通过传感器可以获取包裹的尺寸、重量数据B.手机APP扫码使用的是射频识别技术C.快递柜上用于输入取件码的触摸屏属于执行器D.由收件人的手机直接发出打开锁扣的控制信号变式训练2 为了提高工作效率，近日小张为公司购买了某设备，该设备部分性能参数如图所示，则下列说法正确的是( )解析 A选项该款设备主要用于数据采集。B选项有身份证、条码的功能。D选项该设备属于读写器。C显示屏 5.5寸IPS高清屏，分辨率720*1440CPU MT6771八核64位处理器 四大核A73＋四小核A53，主频2.0GHz内存容量 RAM：2GB ROM：16GB操作系统 Android 10.0WIFI 2.4G/5G双频，符合IEEE802.11a/B/G/N/Ac，支持WiFi漫游功能(无缝切换)Bluetooth 符合Bluetooth 4.2可集成功能 可集成UHF、身份证、条码、NFC、PSAM等功能识读距离(高频) 0～7厘米(与标签和环境有关)低频 125K/134.2K动物耳标有源2.45G (定制) 距离200m 200张标签可以一次性读取A.该款设备主要用于数据的加工处理B.该款设备不支持对一/二维码扫描C.该款设备可适用于人员查验、巡检、制造、服装等行业D.该款设备是一种有源电子标签A.temperature()指读取开发板上自带的温度传感器B.sleep (200)表示该程序延时200毫秒C.sleep (200)表示该程序200毫秒后停止D.micro：bit可以通过串口输出检测到的温度值解析 本题考查的是传感器信息的获取。temperature()指读取开发板上自带的温度传感器，sleep (200)表示延时200毫秒。这段代码的作用是让micro：bit每隔200毫秒通过串口输出检测到的温度值。C变式训练3 下列关于传感器信息的获取，说法正确的是( )A.传统的计算机一般通过传感器的接口来实现信息的获取B.串口的通信线路较复杂，需要传输线来实现双向通信C.信息系统要从传感器获取信息只能采用一种通信方式D.计算机和智能终端的通信可以通过COM接口来实现解析 本题考查的是传感器信息的获取。传统的计算机一般没有传感器的接口，需要借助于其他具备传感器接口的智能终端来实现信息的获取；串口的特点是通信线路简单，只要一对传输线就可以实现双向通信；信息系统要从传感器获取信息，可以采用多种通信方式，如无线网络、蓝牙、串口(COM接口)等。D例4 下列关于射频识别技术的说法，正确的是( )解析 本题考查的是射频识别技术。射频识别又称无线射频识别(简称RFID)，属于通信技术的范畴，同时从信息采集的角度来看，射频识别技术也属于传感器技术；所谓射频(简称RF)，是指具有远距离传播能力的高频电磁波；射频识别技术的两大基本元素是发射端——RFID标签(也称电子标签)和接收端——RFID读写器。BA.射频识别属于通信技术的范畴，但不属于传感器技术B.射频识别的过程，实际上是一种无线传输C.射频是指具有远距离传播能力的低频电磁波D.射频识别的两大基本元素是发射端和处理端变式训练4 下列有关传感与控制的说法正确的是( )A.移动终端中，借助重力传感器可以实现计步功能B.校资产管理中，每台设备贴的电子标签具有唯一的电子编码，这种电子标签属于有源标签C.乘坐高铁时，刷身份证出入闸机时使用到了NFC 技术，即长距离高频的RFID技术D.同一种传感器采用不同的算法可实现不同的功能解析 A选项实现计步功能的是加速度传感器。B选项设备贴不带电源。C选项NFC 技术是短距离高频的RFID技术。D随堂检测31.有如下三个传感器的应用场景：B解析 拍手会产生声音，环境亮度取决于光线强度，加速度传感器的工作原理是通过测量物体的加速度来确定其运动状态。(1)拍手时楼道内的灯自动点亮(2)手机根据环境亮度自动调节屏幕亮度(3)智能手环具有计步功能为上述三个应用场景依次选择一种适用的传感器，下列选项正确的是( )A.声音传感器、光线传感器、压力传感器B.声音传感器、光线传感器、加速度传感器C.压力传感器、距离传感器、光线传感器D.光线传感器、声音传感器、加速度传感器2.下列关于某移动终端的说法，正确的是( )B解析 A选项移动终端指的是移动中的计算机，与计算机体系结构一致。C选项加速度传感器实现计步功能。D选项还有内存等因素。A.移动终端没有采用计算机经典的体系结构B.麒麟CPU是我国首款国产移动终端中央处理器C.智能终端通过重力传感器实现计步功能D.CPU的性能是决定智能手机性能的唯一指标3.下列关于校园卡的说法正确的是( )D解析 A选项校园卡属于无源电子标签。B选项校园卡应用了RFID技术，属于传感器技术。A.校园卡应用了 RFID 技术，内置了有源电子标签B.识别校园卡信息不属于传感器技术C.校园卡内置电池，会主动向 RFID 读写器发送信号D.校园卡具有唯一的电子编码4.某信息系统利用RFID技术识别电子标签的工作流程如图所示：D解析 根据题意可知这是无源RFID，因此电子标签必须先获得一定的能量，然后电子标签向外发送信息，最后读写器接收信息并完成解码即可实现信息的采集。包括以下步骤：①读写器通过天线向电子标签发送一定频率的射频信号；②读写器采集电子标签的信息并解码；③读写器处理解码信息后，将结果发送至信息系统；④电子标签从读写器获得能量，向读写器发送编码信息。正确的工作流程顺序是( )A.①②③ B.①④③ C.④②③ D.①④②A.校园卡可以采用RFID无源电子标签，使用它可以进行非接触刷卡B.消费POS机是一种常见的移动终端，工作原理包括输入、处理、存储和输出四部分C.校园一卡通系统硬件有：消费POS机、校园卡、服务器、数据库等D.校园一卡通系统中的用户包括使用者、设备维护者、程序设计员和信息收集处理人员等C解析 考查信息系统支撑技术相关知识。选项ARFID是无线射频识别技术，无源电子标签可以不需要电源支持，减少卡的体积，适用于校园卡一类设备。选项C中数据库是软件而不是硬件。A.红外探头主要是防止非法入侵B.烟感探测器采用了人工智能技术C.该系统中家庭报警主机承担控制器的功能D.煤气探测器安装在厨房，可以通过无线网络进行通信B解析 本题考查信息系统硬件作用的相关知识。B选项烟感探测器采用了传感技术。阅读下列材料，回答第7至8题。智能手环已成为许多人生活中的重要配件，既是健康追踪器又是生活助理。某智能手环支持蓝牙4.0数据传输，具有如下功能：支持多种运动模式的识别与跟踪，实时心率监测，运动过程实时反馈；精准记录睡眠时长，识别睡眠状态，针对性提供改善建议；消息来电、天气及日程等情景智能提醒，更好地掌握生活节奏；支持扫码支付、遥控拍照、找手机等功能，为生活减负添能。A.通过加速度传感器实现计步功能B.通过皮电反应传感器准确监测运动状态C.通过霍尔传感器实现睡眠监测D.通过光学心率传感器监测心率C解析 本题考查传感器功能。C选项霍尔传感器实现的是手机翻盖锁屏和开启屏幕功能。A.该智能手环没有执行器B.智能手环与外部世界的联系方式有多种C.智能手环可以增加NFC功能模拟门禁功能D.智能手环提供的健康建议是基于数据分析的科学决策A解析 A选项具有消息来电等情景智能提醒、找手机等功能，说明该手环可能以震动或发生声音等方式来提醒用户，因此具有执行器。B选项具有多种传感器，有多种联系方式。A.物流车辆上的卫星定位终端 B.货物上的RFID电子标签C.控制中心的服务器 D.物流信息系统中的数据库D解析 D选项物流信息系统中的数据库用于存储数据的软件。10.搭建一个家庭浇灌系统，运用micro：bit作为智能终端，通过土壤传感器(采集的值较大，表示不缺水)与微型马达，实现缺水时自动给花补水。实现上述功能的代码如下：from microbit import*while True：if pin0.read_analog()>100：pin2.write_digital(0)else：pin2.write_digital(1)sleep(2000)pin2.write_digital(0)sleep(10000)下列选项中说法正确的是( )A.土壤传感器连接在pin2接口上B.根据程序代码，土壤干湿的临界值为2000C.pin2.write_digital(0)语句的功能是开启马达，pin2.write_digital(1)语句的功能是关闭马达D.如果马达开启后，灌溉时长为2秒钟D解析 A选项pin0.read_analog()>100表示土壤传感器采集到的值，在pin0接口上。B选项土壤干湿的临界值为100。C选项缺水时自动给花补水，因此小于临界时才开启马达。D选项pin2.write_digital(1)，sleep(2000)，pin2.write_digital(0)三条语句表示补水2秒后，关闭马达。4课时作业A.终点可能采用了红外线传感器B.智能终端可以通过传感器实现数据输入C.比赛得分数据最终存储在智能终端D.传感器采集选手到达终点的信号，这一过程需要进行模数转换C解析 本题考查智能终端的相关知识。A选项短跑比赛计时精度要求较高，需要高精度的传感器，红外线传感器是合适的选择。B选项智能终端通过传感器获取收集数据，实现数据输入。C选项智能终端一般只有数据收集和上传的功能，数据最终是存储在服务器的数据库中。D选项传感器采集数据过程中经过了模拟信号到数字信号的转换。2.下列关于传感器的说法，正确的是( )A解析 本题考查的是常见的传感器技术。传感器属于信息输入设备，一般由敏感元件、转换元件、其他辅助元件三部分组成；辅助元件主要包括信号调节与转换电路及其所需的电源；通过指纹传感器，可以实现加密、解锁、电子支付等功能；同一种传感器采用不同的算法，还可以实现不同的功能。A.传感器属于信息输入设备B.敏感元件包括信号调节与转换电路及其所需的电源C.通过霍尔传感器，可以实现加密、解锁、电子支付等功能D.同一种传感器可以采用不同的算法，但实现的功能相同A.声敏传感器——听觉 B.气敏传感器——触觉C.光敏传感器——视觉 D.味敏传感器——味觉B解析 本题考查的是传感器的相关知识。为了便于理解，往往将部分传感器的功能与人类的五大感觉器官相类比。光敏传感器对应视觉；声敏传感器对应听觉；气敏传感器对应嗅觉；味敏传感器对应味觉；压敏传感器对应触觉；热敏传感器对应触觉。A.RFID技术是由NFC技术演进过来的B.RFID标签有有源和无源之分，其中的“源”是指电源C.利用NFC技术可以实现安全的移动支付D.银行卡的“闪付”功能，也是用到了NFC技术A解析 A选项NFC技术是由RFID技术演进过来的。5.下列选项中关于NFC技术的说法，正确的是( )A解析 本题考查的是射频识别技术的应用。内置NFC功能的设备主要以手机为主，也有不少平板电脑和蓝牙音频设备等；NFC技术是一种短距(运行于10厘米距离内)高频(13.56 MHz)的无线电技术；NFC技术属于射频识别技术的应用；高可靠性、高安全性、高性价比是RFID的特点。A.内置NFC功能的设备主要以手机为主B.NFC技术是一种长距高频的无线电技术C.NFC技术不属于射频识别技术的应用D.NFC技术具有高可靠性、高安全性、高性价比等特点6.智能手机可以利用NFC功能读取门禁卡信息保存到手机中，让手机变成钥匙，进小区时可以刷手机开门。下列说法正确的是( )D解析 A选项NFC是一种短距高频的射频识别技术；B选项门禁卡属于RFID中的无源电子标签；C选项刷手机开门时需要开启手机NFC功能。A.NFC是一种短距低频的射频识别技术B.门禁卡属于RFID中的有源电子标签C.刷手机开门时不需要开启手机NFC功能D.手机读取门禁卡信息时作为RFID读写器7.下列关于信息系统中的控制，说法正确的是( )B解析 本题考查的是信息系统中的控制的相关知识。信息系统需要通过传感器能够获取外部世界的各种信息，通过执行器，则可以作用于外部世界；在控制系统中接受控制信息并对受控对象施加控制作用的装置是指执行器，智能手环通过简单的震动来提醒用户属于执行器在信息系统中的应用。A.信息系统可以不通过传感器能够获取外部世界的各种信息B.信息系统通过执行器才可以作用于外部世界C.传感器指在控制系统中接受控制信息并对受控对象施加控制作用的装置D.智能手环通过简单的震动来提醒用户是控制器在信息系统中的应用8.高速路口ETC(电子不停车收费系统)的工作示意图如图所示，当装有非接触式识别卡的汽车经过地感线圈时，进入了读卡器的感应区域，摄像头开始工作，当车牌被识别后，后台系统向闸门控制器发出指令，打开道闸。以下说法正确的是( )A解析 B选项NFC是短距离技术。C选项非接触式卡是电子标签。D选项是控制器技术的一种应用。A.车牌号的识别用到了人工智能技术B.该过程中用到了NFC技术，从信息采集的角度来看，它属于传感器技术C.非接触式卡是接收端，读卡器是发射端D.闸机的打开和关闭，是传感器技术的一种应用A.CPU是手机最核心的部件，是控制中枢系统和逻辑控制中心B.Android系统的功能是对手机的全部软硬件和数据资源进行统一控制，调度和管理C.手机具有多种综合功能，表现出极高智能性，主要基于各种传感器的植入D.NFC技术由RFID演变而来，可适用于长距离的无线通信D解析 D选项NFC技术用于短距离的无线通信。A.自动识别系统将车牌信息输入信息系统B.智能手环通过简单的震动来提醒用户C.火警预报系统发现火情后提醒用户找到逃生通道D.火车、地铁的检票系统控制闸机的打开和关闭A解析 本题考查的是信息系统中的控制。A选项属于输入信号这一步骤，选项B，C，D都属于执行器的应用。A.在信息系统从外部世界采集信息的过程中，传感器在各种应用中都起着极为重要的作用B.信息系统要从传感器获取信息，可以采用多种通信方式，如无线网络、蓝牙、串口等C.通过霍尔传感器可以实现加密、解密、电子支付等功能D.同一种传感器采用不同的算法，还可以实现不同的功能C解析 C选项通过NFC传感器可以实现加密、解密、电子支付等功能，霍尔传感器可以检测磁场及其变化。A.传感器属于信息系统的输入设备B.信息系统的控制可分为开环控制和闭环控制两种C.信息系统通过执行器可以作用于外部世界D.射频识别技术的两大基本元素是接收端和读写器D解析 D选项射频识别技术两大基本元素是发射端(电子标签)和接收端(读写器)。D13.某智能手环有心率血氧睡眠检测、提供健康趋势分析、支持NFC(近距离无线通信)和扫码支付等功能。下列关于该智能手环说法，正确的是( )解析 A选项传感器只负责采集数据。B选项功能的实现必须有软件支持。A.传感器是整个设备的控制中心B.健康趋势分析功能无需应用软件支持C.通过NFC方式无法实现移动支付D.传感器的植入使得智能手环更加具有“智能性”A.射频识别需要两大基本要素：电子标签(发射端)和RFID读写器(接收端)B.二代身份证、银行卡等内置的电子标签属于无源标签C.射频识别技术是物联网的关键技术D.NFC技术由RFID演变而来，是一种远距离高频的无线电技术D解析 D选项NFC是一种短距离高频的无线电技术。15.在BXY中编辑有这样一段程序：from microbit import*while True：if button_a.is_pressed()：display.show(Image.HAPPY)elif button_b.is_pressed()：breakelse：display.show(Image.SAD)sleep(1000)在micro：bit硬件支持下，以下说法正确的是( )A.开始运行，不按开发板上的任何按钮，开发板显示“笑脸”B.开始运行，按开发板上的B按钮后，开发板上的LED灯全部关闭C.开始运行，不按开发板上的任何按钮，开发板进入死循环，无法正常运行D.开始运行，按开发板上的A按钮后，开发板显示“笑脸”，一秒钟后显示“哭脸”D解析 A选项没有按按钮，执行else语句，显示“哭脸”。B选项终止程序运行，原来是什么状态就显示什么状态。C选项执行else语句，可以运行。D选项语句sleep(1000)表示1秒后再次检测按钮状态。16.小明想要编写一个“猜骰子点数”的程序，计算机先生成一个[1，6]之间的随机整数，来模拟投掷骰子的过程，然后用户通过键盘输入数字来猜测骰子点数，并借助micro：bit设备中的5*5LED阵列来显示用户猜测的结果，猜对显示笑脸表情，猜错显示骰子点数数字，如图a所示。为实现上述程序功能，小明进行了以下实践内容。(1)小明用USB连接线连接计算机和micro：bit，并观察计算机的设备管理器，如图b所示。由图可知，此时该micro：bit连接的计算机端口是_____________。(2)小明在BXY中编写的代码如下，烧录后通过串口进行调试。请在程序段划线处填入合适的代码。from microbit import *import randomwhile True：display.clear() #清除 LED 阵列的显示内容num＝str(①________)if uart.any()：incoming＝str(uart.readall()，'UTF－8')if incoming＝＝num：display.show(Image.HAPPY)sleep(1000)else：②________sleep(1000)答案 (1)COM4 (2)①random.randint(1，6) ②display.show(num)解析 本题考查利用传感器获取信息。(1)从题图中可以看到端口。(2)①生成一个[1，6]之间的随机整数。②猜错显示骰子点数数字。2.4 传感与控制课时目标1.通过分析物联网应用实例,了解信息系统与外部世界的连接方式。2.了解常见的传感与控制机制,认识常用的传感器及作用。3.通过分析具体信息系统实例,了解传感器获取外界信息的过程。一、信息系统与外部世界的联系1.信息系统(1)信息系统要发挥作用,必须与外部世界进行联系。在基于传统网络的信息系统中,这种联系需要以人为中介进行;随着物联网和人工智能的发展,信息系统逐渐可以通过 自动获取外部信息,也可以通过一定的机制实现对外部物体的 。 (2)在由传感与控制技术支持的信息系统中, 负责将采集到的外部世界的各种信息输入到信息系统; 则实现信息系统对外部世界的控制。 2.举例说明(1)天网监控系统:各大城市设置的“天网监控系统”利用安装在大街小巷的大量摄像头组成了监控网络,在此系统中,摄像头作为采集图像信息的图像传感器起到了关键的作用。天网监控系统(2)火车站的闸机:12306火车售票系统启用以后,在越来越多的高铁站,人们直接刷二代身份证就可完成检票、通过闸机。火车站的闸机(3)微信智能锁和QQ物联功能:微信智能锁是微信的衍生产品,可以通过微信远程智能控制门锁的开与关;“QQ物联智能硬件开放平台”发布,将QQ账号体系、好友关系链及QQ消息通道能力等核心能力,提供给可穿戴设备、智能家居、智能车载、传统硬件等领域的合作伙伴,实现用户与设备以及设备与设备之间的互联、互通、互动。二、常见的传感器技术1.传感器的作用及组成信息系统可以通过 自动获取外部信息(例如温度、亮度、声音、人脸等),也可以通过一定的机制实现对外部物体的直接控制。传感技术负责将采集到的外部信息输入到信息系统。传感器属于信息输入设备,一般由 、 、 三部分组成。 (1)敏感元件:感受(或响应)和检出被测对象的待测信息。(2)转换元件:将敏感元件所感受(或响应)的信息直接转换成有用信号(一般为电信号)。(3)其他辅助元件:主要包括 及其所需的 。 传感器的结构示意图2.传感器的分类根据基本感知功能的不同,通常把传感器分为 、 、 、 、 、 、 、 和 等传感器。 传感器与人类感觉器官的类比传感器名称 人类感觉 人类器官光敏传感器 视觉 眼睛声敏传感器 听觉 耳朵气敏传感器 嗅觉 鼻子味敏传感器 味觉 舌头压敏传感器 触觉 皮肤热敏传感器 触觉 皮肤生活中常见的传感器有 、 、 、 等传感器。 常见传感器3.传感器的作用(1)传感器在智能手机中的应用①光线传感器:自动调节屏幕背光的亮度。②距离传感器:检测手机是否贴在耳朵上正在打电话,以便自动调暗屏幕达到省电的目的。③重力传感器:实现手机横竖屏智能切换、拍照照片朝向切换。④加速度传感器:实现计步功能。⑤指纹传感器:实现加密、解锁、电子支付等功能。⑥霍尔传感器:实现翻盖自动解锁、合盖自动锁屏等功能。(2)同一种传感器采用不同的算法,还可以实现不同的功能①如智能手环中的加速度传感器:实现计步功能;监测用户的睡眠状况。②磁场传感器:制作电子指南针;制作电子金属探测器。(3)传感器技术也在不断地发展过程中①光学心率传感器:用于检测用户的心率。②皮电反应传感器:可以更准确地监测用户的运动状态。三、传感器信息的获取1.概念传感器获得信息以后,信息系统需要获取这些信息,然后对信息进行加工处理以实现信息系统的既定功能。2.方式信息系统要从传感器获取信息,可以采用多种通信方式,如无线网络、蓝牙、串口(COM接口)等。传统的计算机一般没有传感器的接口,需要借助于其他具备传感器接口的智能终端来实现信息的获取。而计算机和智能终端的通信一般采用COM接口或通过USB接口模拟COM接口来实现。3.举例选择micro:bit设备作为采集传感器数据的智能终端,通过Python编程,获取温度传感器的信息。micro:bit开发板(1)器材清单:micro:bit;USB连接线。(2)操作步骤①通过USB连接线将micro:bit接到计算机,并安装串口驱动。通过“设备管理器”查看COM端口号②编写程序,获取环境数据。打开micro:bit的离线版IDE程序BXY Python Editor(简称BXY)。输入代码,单击“下载并运行”按钮,micro:bit开发板上的LED开始闪烁。等到闪烁停止,表示程序上传成功。用BXY编写代码注:micro:bit的代码采用MicroPython语言编写。MicroPython是Python的子集,为单片机(MicroController Unit,简称MCU)应用领域开发而定制的一种语言,即运行在单片机上的Python。temperature()指读取开发板上自带的温度传感器,sleep (200)表示延时 200毫秒。这段代码的作用是让micro:bit每隔200毫秒通过串口输出检测到的温度值。③通过串口调试工具,查看串口数据。单击BXY的“串口调试”按钮,就能看到micro:bit发送的温度传感器数据。这些数据就是温度传感器检测到的当前芯片温度。向micro:bit呵气或者吹热风,会发现数据发生变化。用BXY查看串口数据提示:(1)使用任何一款串口监视器都可以看到串口发送的数据,micro:bit默认的波特率是115200。(2)将代码中sleep(200)中的数字200改为500,这样串口发送的速度会慢一些,便于观察。④编写Python代码,读取串口数据并显示。首先需要导入Python的serial库,将波特率设置为115200。import serialser=serial.Serial()#设置通信波特率,需要与micro:bit中设定的通信速率一致ser.baudrate=115200#设置串口号ser.port='COM3'ser.open()while True: print(ser.readline())运行这段代码,即可看到Python的Shell窗口中不断输出串口的数据。适当修改代码,可以将从串口获取的数据保存到文本文件中,便于后期分析。import serialser=serial.Serial()ser.baudrate=115200ser.port='COM3'ser.open()f=open('microbit.txt','wb')a=20while a>0: a-=1 line=ser.readline() f.write(line) print(line)f.close()ser.close()其中“f= open('microbit.txt', 'wb')”表示创建一个名为microbit.txt的文本文件,wb表示用二进制写入。四、射频识别技术1.射频识别技术概述(1)射频识别,又称无线射频识别(简称RFID),属于通信技术的范畴,可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据。同时,从信息采集的角度来看,射频识别技术也属于传感器技术。(2)所谓射频(简称RF),是指 的高频电磁波。频率范围在 300 kHz~30 GHz之间的高频交变电流,会在导体周围的空间产生高频电磁波,并向外远距离传播出去,这些高频电磁波,就是射频。 (3)射频识别的过程,实际上是一种无线传输: 发送特定的射频信号, 接收到射频信号后,并从中提取出有用信息。 (4)信息系统运用射频识别技术识别外部世界的事物,需要通过 并_____________。 信息系统利用RFID技术识别外部世界的事物这样就至少需要两大基本元素:发射端——RFID标签(也称电子标签),接收端——RFID读写器。①电子标签:由芯片与天线(线圈)组成,每个标签具有唯一的电子编码。按照能量供给方式的不同,电子标签分为 和 。 a.有源电子标签也称 ,其工作的能量由电池提供,能够主动向读写器发送射频信号。有源电子标签通常具有 ,但 , ,主要应用于贵重物品远距离检测等领域。 b.无源电子标签也称为被动式标签,是最为常见的电子标签,其本身没有电源,依靠从读写器的电磁波中获得能量,激活标签中的芯片,芯片产生电磁波发送给读写器。无源电子标签具有价格便宜的优势,但其工作距离、存储容量等受到能量来源的限制。按照工作频率的不同,电子标签分为 、 、 和 四种。 ②RFID读写器:主要任务是控制射频模块向标签发射读取信号,并接收标签的应答,对标签的对象标识信息进行解码,然后将对象标识信息和标签上其他相关信息传输到信息系统以供处理。最初的读写器大多只能在单一频率点工作,现在的读写器一般都支持多个频率点,能自动识别不同频率的标签信息。RFID读写器2.射频识别技术的应用(1)无源RFID产品:如公交卡、食堂餐卡、银行卡、宾馆门禁卡、第二代居民身份证等。(2)NFC技术:由RFID演变而来,是一种短距(运行于10厘米距离内)高频(13.56 MHz)的无线电技术。内置NFC功能的设备主要以手机为主,新的银行卡大多具有“闪付”功能,所谓“闪付”是指银行卡上集成了支持NFC功能的芯片。NFC的应用(3)应用领域举例①物流领域:仓库管理、货物追踪。②交通运输领域:高速公路不停车收费、停车场收费和出租车管理。③农林牧渔领域:牛羊、鱼类、水果等的管理和宠物、野生动物的跟踪。④医疗领域:药品生产、病人看护。⑤工业制造领域:自动化生产、质量追踪。五、信息系统中的控制信息系统通过传感器能够获取外部世界的各种信息,通过 ,则可以 。 1.执行器的定义指在控制系统中接受控制信息并对受控对象施加控制作用的装置。2.执行器的应用(1)智能手环通过简单的震动来提醒用户。(2)火车、地铁的检票系统控制闸机的打开和关闭。(3)火警预报系统发现火情后发出警报,提醒用户找到逃生通道。3.控制与反馈信息反馈是指系统输出信息后,其返回的结果将对信息的再次输出产生影响,从而起到制约的作用,以达到预定的目的。控制与反馈例1 智能手机中用于检测手机横竖屏朝向的是传感器是 ( )A.光线传感器 B.重力传感器C.温度传感器 D.加速度传感器听课笔记:_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________变式训练1 根据系统结构分析,车辆“停车感应”的传感器与电杆上的智能终端是在一定区域范围内,为了连接方便,数据传输安全等,以下连接方式比较合理的是了连接方便,数据传输安全等,以下连接方式比较合理的是 ( )A.NFC连接 B.红外连接C.RFID连接 D.串口连接例2 某智能快递柜自动采集包裹的尺寸、重量等数据,并分配储物格。收件人手机APP扫码,系统控制对应位置的储物格锁扣打开,允许收件人取件。下列说法正确的是 ( )A.通过传感器可以获取包裹的尺寸、重量数据B.手机APP扫码使用的是射频识别技术C.快递柜上用于输入取件码的触摸屏属于执行器D.由收件人的手机直接发出打开锁扣的控制信号听课笔记:_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________变式训练2 为了提高工作效率,近日小张为公司购买了某设备,该设备部分性能参数如图所示,则下列说法正确的是 ( )显示屏 5.5寸IPS高清屏,分辨率720*1440CPU MT6771八核64位处理器 四大核A73+四小核A53,主频2.0GHz内存容量 RAM:2GB ROM:16GB操作系统 Android 10.0WIFI 2.4G/5G双频,符合IEEE802.11a/B/G/N/Ac,支持WiFi漫游功能(无缝切换)Bluetooth 符合Bluetooth 4.2可集成功能 可集成UHF、身份证、条码、NFC、PSAM等功能识读距离 (高频) 0~7厘米(与标签和环境有关)低频 125K/134.2K动物耳标有源2.45G (定制) 距离200m 200张标签可以一次性读取A.该款设备主要用于数据的加工处理B.该款设备不支持对一/二维码扫描C.该款设备可适用于人员查验、巡检、制造、服装等行业D.该款设备是一种有源电子标签例3 打开micro:bit的离线版IDE程序BXY,输入以下代码。下列选项关于这段信息编码的说法,错误的是 ( )A.temperature()指读取开发板上自带的温度传感器B.sleep (200)表示该程序延时200毫秒C.sleep (200)表示该程序200毫秒后停止D.micro:bit可以通过串口输出检测到的温度值听课笔记:_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________变式训练3 下列关于传感器信息的获取,说法正确的是 ( )A.传统的计算机一般通过传感器的接口来实现信息的获取B.串口的通信线路较复杂,需要传输线来实现双向通信C.信息系统要从传感器获取信息只能采用一种通信方式D.计算机和智能终端的通信可以通过COM接口来实现例4 下列关于射频识别技术的说法,正确的是 ( )A.射频识别属于通信技术的范畴,但不属于传感器技术B.射频识别的过程,实际上是一种无线传输C.射频是指具有远距离传播能力的低频电磁波D.射频识别的两大基本元素是发射端和处理端听课笔记:_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________变式训练4 下列有关传感与控制的说法正确的是 ( )A.移动终端中,借助重力传感器可以实现计步功能B.校资产管理中,每台设备贴的电子标签具有唯一的电子编码,这种电子标签属于有源标签C.乘坐高铁时,刷身份证出入闸机时使用到了NFC 技术,即长距离高频的RFID技术D.同一种传感器采用不同的算法可实现不同的功能1.有如下三个传感器的应用场景:(1)拍手时楼道内的灯自动点亮(2)手机根据环境亮度自动调节屏幕亮度(3)智能手环具有计步功能为上述三个应用场景依次选择一种适用的传感器,下列选项正确的是 ( )A.声音传感器、光线传感器、压力传感器B.声音传感器、光线传感器、加速度传感器C.压力传感器、距离传感器、光线传感器D.光线传感器、声音传感器、加速度传感器2.下列关于某移动终端的说法,正确的是 ( )A.移动终端没有采用计算机经典的体系结构B.麒麟CPU是我国首款国产移动终端中央处理器C.智能终端通过重力传感器实现计步功能D.CPU的性能是决定智能手机性能的唯一指标3.下列关于校园卡的说法正确的是 ( )A.校园卡应用了 RFID 技术,内置了有源电子标签B.识别校园卡信息不属于传感器技术C.校园卡内置电池,会主动向 RFID 读写器发送信号D.校园卡具有唯一的电子编码4.某信息系统利用RFID技术识别电子标签的工作流程如图所示:包括以下步骤:①读写器通过天线向电子标签发送一定频率的射频信号;②读写器采集电子标签的信息并解码;③读写器处理解码信息后,将结果发送至信息系统;④电子标签从读写器获得能量,向读写器发送编码信息。正确的工作流程顺序是 ( )A.①②③ B.①④③C.④②③ D.①④②5.校园一卡通系统能在不同校区实现食堂就餐、图书借阅、网上查询课表和成绩等功能,甚至还可以乘公交和地铁。下列说法不正确的是 ( )A.校园卡可以采用RFID无源电子标签,使用它可以进行非接触刷卡B.消费POS机是一种常见的移动终端,工作原理包括输入、处理、存储和输出四部分C.校园一卡通系统硬件有:消费POS机、校园卡、服务器、数据库等D.校园一卡通系统中的用户包括使用者、设备维护者、程序设计员和信息收集处理人员等6.智慧家居报警系统探测器包括煤气探测器、烟感探测器、红外探头等,若有特定情况便会触发相应的探测器,家庭报警主机会立即触发警铃,并将相关数据传送至小区管理中心。下列说法不正确的是 ( )A.红外探头主要是防止非法入侵B.烟感探测器采用了人工智能技术C.该系统中家庭报警主机承担控制器的功能D.煤气探测器安装在厨房,可以通过无线网络进行通信阅读下列材料,回答第7至8题。 智能手环已成为许多人生活中的重要配件,既是健康追踪器又是生活助理。某智能手环支持蓝牙4.0数据传输,具有如下功能:支持多种运动模式的识别与跟踪,实时心率监测,运动过程实时反馈;精准记录睡眠时长,识别睡眠状态,针对性提供改善建议;消息来电、天气及日程等情景智能提醒,更好地掌握生活节奏;支持扫码支付、遥控拍照、找手机等功能,为生活减负添能。7.智能手环的智能性在硬件上主要基于传感器的植入,下列关于传感器类型选择不正确的是 ( )A.通过加速度传感器实现计步功能B.通过皮电反应传感器准确监测运动状态C.通过霍尔传感器实现睡眠监测D.通过光学心率传感器监测心率8.下列关于该智能手环的说法,不正确的是 ( )A.该智能手环没有执行器B.智能手环与外部世界的联系方式有多种C.智能手环可以增加NFC功能模拟门禁功能D.智能手环提供的健康建议是基于数据分析的科学决策9.可视化物流信息系统主要由卫星定位终端、RFID电子标签、控制中心等部分组成,能够对运输中的货物全过程监控,对数据进行实时集成,从而实现物流网络的信息化。以下不属于该信息系统硬件的是 ( )A.物流车辆上的卫星定位终端B.货物上的RFID电子标签C.控制中心的服务器D.物流信息系统中的数据库10.搭建一个家庭浇灌系统,运用micro:bit作为智能终端,通过土壤传感器(采集的值较大,表示不缺水)与微型马达,实现缺水时自动给花补水。实现上述功能的代码如下:from microbit import*while True: if pin0.read_analog()>100: pin2.write_digital(0) else: pin2.write_digital(1) sleep(2000) pin2.write_digital(0) sleep(10000)下列选项中说法正确的是 ( )A.土壤传感器连接在pin2接口上B.根据程序代码,土壤干湿的临界值为2000C.pin2.write_digital(0)语句的功能是开启马达,pin2.write_digital(1)语句的功能是关闭马达D.如果马达开启后,灌溉时长为2秒钟2.4 传感与控制知识梳理一、1.(1)传感技术 直接控制 (2)传感技术 控制技术二、1.(1)传感技术 敏感元件 转换元件 其他辅助元件 (3)信号调节与转换电路 电源2.热敏 光敏 气敏 力敏 磁敏 湿敏 声敏 色敏 味敏 声音 温度 光线 气体四、1.(2)具有远距离传播能力 (3)发射端 接收端 (4)射频信号识别目标对象 读写相关数据 ①有源标签 无源标签 a.主动式标签 更远的通信距离 体积较大 价格也相对较高 b.低频(LF) 高频(HF) 超高频 (UHF) 微波频段(MW)五、执行器 作用于外部世界例题精析例1 B [本题考查传感器知识。光线传感器可以自动调节屏幕背光的亮度;重力传感器可检测手机横竖屏的方向信息;加速度传感器可以实现计步功能。故选B。]变式训练1 C [红外线必须对着接收端,中间不能有阻挡物。NFC必须在短距离范围。]例2 A [B选项手机APP扫码是将图像的解码。C选项输入取件码用于输入数据。D选项系统控制对应位置的储物格锁扣打开。]变式训练2 C [A选项该款设备主要用于数据采集。B选项有身份证、条码的功能。D选项该设备属于读写器。]例3 C [本题考查的是传感器信息的获取。temperature()指读取开发板上自带的温度传感器,sleep (200)表示延时200毫秒。这段代码的作用是让micro:bit每隔200毫秒通过串口输出检测到的温度值。]变式训练3 D [本题考查的是传感器信息的获取。传统的计算机一般没有传感器的接口,需要借助于其他具备传感器接口的智能终端来实现信息的获取;串口的特点是通信线路简单,只要一对传输线就可以实现双向通信;信息系统要从传感器获取信息,可以采用多种通信方式,如无线网络、蓝牙、串口(COM接口)等。]例4 B [本题考查的是射频识别技术。射频识别又称无线射频识别(简称RFID),属于通信技术的范畴,同时从信息采集的角度来看,射频识别技术也属于传感器技术;所谓射频(简称RF),是指具有远距离传播能力的高频电磁波;射频识别技术的两大基本元素是发射端——RFID标签(也称电子标签)和接收端——RFID读写器。]变式训练4 D [A选项实现计步功能的是加速度传感器。B选项设备贴不带电源。C选项NFC 技术是短距离高频的RFID技术。]随堂检测1.B [拍手会产生声音,环境亮度取决于光线强度,加速度传感器的工作原理是通过测量物体的加速度来确定其运动状态。]2.B [A选项移动终端指的是移动中的计算机,与计算机体系结构一致。C选项加速度传感器实现计步功能。D选项还有内存等因素。]3.D [A选项校园卡属于无源电子标签。B选项校园卡应用了RFID技术,属于传感器技术。]4.D [根据题意可知这是无源RFID,因此电子标签必须先获得一定的能量,然后电子标签向外发送信息,最后读写器接收信息并完成解码即可实现信息的采集。]5.C [考查信息系统支撑技术相关知识。选项ARFID是无线射频识别技术,无源电子标签可以不需要电源支持,减少卡的体积,适用于校园卡一类设备。选项C中数据库是软件而不是硬件。]6.B [本题考查信息系统硬件作用的相关知识。B选项烟感探测器采用了传感技术。]7.C [本题考查传感器功能。C选项霍尔传感器实现的是手机翻盖锁屏和开启屏幕功能。]8.A [A选项具有消息来电等情景智能提醒、找手机等功能,说明该手环可能以震动或发生声音等方式来提醒用户,因此具有执行器。B选项具有多种传感器,有多种联系方式。]9.D [D选项物流信息系统中的数据库用于存储数据的软件。]10.D [A选项pin0.read_analog()>100表示土壤传感器采集到的值,在pin0接口上。B选项土壤干湿的临界值为100。C选项缺水时自动给花补水,因此小于临界时才开启马达。D选项pin2.write_digital(1),sleep(2000),pin2.write_digital(0)三条语句表示补水2秒后,关闭马达。] 展开更多...... 收起↑ 资源列表 2.4 传感与控制.docx 2.4 传感与控制.pptx
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