專利名稱：輸入輸出擴展模塊及可編程控制器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可編程邏輯控制器領(lǐng)域，尤其涉及一種用于輸入輸出擴展模塊 及可編程控制器系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
可編程控制器(Programmable Controller, PC )作為 一種通用的電子控制方 案，具有可靠性高，靈活性好等優(yōu)點，被空調(diào)設(shè)備廠商廣泛應(yīng)用于空調(diào)設(shè)備產(chǎn) 品中。
目前，采用可編程控制器系統(tǒng)進行控制的空調(diào)設(shè)備普遍用到兩個溫度測量 通道和兩個電壓輸入通道，如圖1所示，所述可編程控制器系統(tǒng)包括中央處 理單元(Central Processing Unit, CPU)、溫度測量模塊11和電壓輸入模塊12。
其中，溫度測量模塊11有一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog Digital Converter, ADC ), 通過多路開關(guān)或開關(guān)陣列連接多個溫度傳感器，ADC循環(huán)采樣每個通道的輸入 信號，采樣結(jié)果將會通過背板總線傳送給CPU。
電壓輸入模塊12有一個ADC,通過多路開關(guān)或者開關(guān)陣列連接多個傳感 器，ADC循環(huán)采樣每個通道的輸入信號，采樣結(jié)果會通過背板總線傳遞給CPU。
由上述可知，目前空調(diào)設(shè)備的可編程控制器系統(tǒng)采用兩個擴展模塊(溫度 測量模塊和電壓輸入模塊)，使得該系統(tǒng)占用空間大，成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種輸入輸出擴展模塊及可 編程控制器系統(tǒng)，實現(xiàn)了第一輸入通道和第二輸入通道的兩種信號在一個模塊 中輸入，有效地減小了空間面積的占用，并降低了成本。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實施例的一種輸入輸出擴展模塊，其包括 通道選擇單元，用于選擇第一輸入通道或者第二輸入通道以輸入信號； 主控單元，用于控制所述通道選擇單元工作，并將所述通道選擇單元輸入
的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；
總線接口，用于將所述主控單元處理后的結(jié)果輸出。 優(yōu)選地，所述擴展^^塊還進一步包括
配置單元，用于配置所述擴展模塊的工作參數(shù)，所述工作參數(shù)包括輸入 類型、標定方向、測量單位、接線方式、故障檢測。
其中，所述主控單元包括
模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將所述通道選擇單元輸入的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號； 控制單元，用于根據(jù)所述配置單元配置的工作參數(shù)對所述通道選擇單元以 及模數(shù)轉(zhuǎn)換器進行控制。 所述控制單元包括
參數(shù)檢測單元，用于檢測所述配置單元所配置的工作參數(shù)； 通道控制單元，用于根據(jù)所述工作參數(shù)控制通道選擇單元接通第一輸入通 道或者第二輸入通道；
參數(shù)調(diào)整單元，用于根據(jù)所述配置單元配置的工作參數(shù)調(diào)整模數(shù)轉(zhuǎn)換器的 參數(shù)；
采樣結(jié)果處理單元，用于對所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器處理后的數(shù)據(jù)做進一步的處理 具體包括查表與線性插值、單位換算、過量程檢測、標記通道狀態(tài)、平滑濾 波、截取16位有效位并計算校驗值；
結(jié)果輸出單元，用于將所述采樣結(jié)果處理單元處理后的數(shù)據(jù)輸出到總線接口 。
較佳地，所述第一輸入通道為溫度輸入通道，第二輸入通道為電壓/電流輸 入通道；所述通道選擇單元為多路開關(guān)或開關(guān)陣列。
相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種可編程控制器系統(tǒng)，其包括CPU、第一傳 感器及第二傳感器，其中，所述系統(tǒng)還包括一用于將第一傳感器和第二傳感器 采集的第一信號和第二信號傳送給CPU的輸入輸出擴展模塊，其包括
通道選#^單元，通過第一輸入通道和第二輸入通道分別與第 一傳感器和第 二傳感器連接，用于選"^第一輸入通道或者第二輸入通道以輸入信號；
主控單元，用于控制所述通道選擇單元工作，并將所述通道選擇單元輸入 的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；
總線接口 ，用于將經(jīng)過所述主控單元處理后的數(shù)據(jù)傳送到CPU進行處理。
其中，所述輸入輸出擴展模塊還包括一配置單元，用于配置所述擴展模塊
的工作參數(shù)，所述工作參數(shù)包括輸入類型、標定方向、測量單位、接線方式、
故障檢測。
其中，所述主控單元包括
模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將所述通道選擇單元輸入的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號； 控制單元，用于根據(jù)所述配置單元配置的工作參數(shù)對所述通道選擇單元以 及模數(shù)轉(zhuǎn)換器進行控制。
而所述控制單元包括
參數(shù)檢測單元，用于檢測配置單元所配置的工作參數(shù)；
通道控制單元，用于根據(jù)所述工作參數(shù)控制所述通道單元接通第一輸入通 道或者第二輸入通道；
參數(shù)調(diào)整單元，用于#4居所述配置單元配置的工作參數(shù)調(diào)整模數(shù)轉(zhuǎn)換器的 參數(shù)；
釆樣結(jié)果處理單元，用于對所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器處理后的數(shù)據(jù)做進一步處理具 體包括查表與線性插值、單位換算、過量程檢測、標記通道狀態(tài)、平滑濾波、 截取16位有效位并計算校驗值；
結(jié)果輸出單元，用于將所述采樣結(jié)果處理單元處理后的數(shù)據(jù)輸出到總線接c 。
較佳地，所述第一傳感器為溫度傳感器、第二傳感器為壓力傳感器；所述 第一輸入通道為溫度輸入通道，第二輸入通道為電壓/電流輸入通道。 所述通道選擇單元為多路開關(guān)或開關(guān)陣列。
綜上所述，本發(fā)明實施例的一種輸入輸出擴展模及可編程控制器系統(tǒng)的技 術(shù)放案通過在主控單元的控制下，通道選擇單元選擇輸入第一輸入通道或第二 輸入通道的信號，主控單元將所述信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號經(jīng)由總線接口輸出到 CPU，從而使一個輸入輸出擴展模塊實現(xiàn)了現(xiàn)有技術(shù)的溫度測量模塊和電壓輸 入模塊兩個模塊的功能，有效地減小空間的占用，并降低了成本，在操作維護 中只需對一個模塊進行操作，從而提高了系統(tǒng)的維護效率，提高了系統(tǒng)可靠性。


圖l是現(xiàn)有的可編程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖2是本發(fā)明實施例的一種可編程控制器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明實施例的一種配置單元的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明實施例的一種控制單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明實施例的 一種輸入輸出擴展模塊及可編程控制器系統(tǒng)通過在主控單 元的控制下，通道選擇單元選擇第一輸入通道或第二輸入通道的信號，主控單 元將所述信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號經(jīng)由總線接口輸出到CPU處理，這樣一個所述擴 展模塊實現(xiàn)了第一輸入通道和第二輸入通道的兩種信號的輸入。
為了進一步闡述本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖進一步說明。
參考圖2，本發(fā)明實施例的一種可編程控制器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；根據(jù)本圖， 一種可編程控制器系統(tǒng)包括CPU1、輸入輸出擴展模塊2、第一傳感器(圖示 為溫度傳感器27)及第二傳感器(圖示為壓力傳感器28),其中，CPU 1通過 數(shù)據(jù)總線與輸入輸出擴展模塊2連接，而輸入輸出擴展;f莫塊2通過兩個第一輸 入通道(如圖2示，第一輸入通道為溫度輸入通道25)與兩個溫度傳感器27連 接，通過兩個第二輸入通道(如圖2所示，第二輸入通道為電壓/電流輸入通道 26)與兩個壓力傳感器28 (具體可以為壓電式傳感器或壓力信號變送器)連接， 當然輸入輸出擴展模塊2通過數(shù)據(jù)總線還可以與其它模塊連接。
在所述系統(tǒng)中，用于將溫度傳感器27和壓力傳感器28采集的溫度信號(具 體可以用電壓或電流信號表示)和壓力信號(具體可以用電壓或電流信號表示) 傳送給CPU 1的輸入輸出擴展模塊2具體包括
通道選擇單元21,通過溫度輸入通道25和電壓/電流輸入通道26分別與溫 度傳感器27和壓力傳感器28連接，用于選擇溫度輸入通道25或者電壓/電流輸 入通道26,以輸入所述傳感器采集到的信號；
主控單元22,用于控制通道選纟奪單元21工作，并將所述通道選纟奪單元輸入 的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；
總線接口 23,用于將經(jīng)過主控單元22處理后的數(shù)據(jù)傳送到CPU進行處理。 優(yōu)選地，輸入輸出擴展模塊2進一步包括一個配置單元24 (如配置開關(guān) 或撥碼開關(guān))，用于配置所述擴展模塊的工作參數(shù)(如輸入類型、標定方向、 測量單位、接線方式、故障檢測等)。如圖3所示，配置單元24包括用于輸
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入需要配置的所述工作參數(shù)的參數(shù)輸入單元241和用于存儲所述工作參數(shù)的參
數(shù)存儲單元242。
其中，主控單元22至少包括
模數(shù)轉(zhuǎn)換器222,用于將通道選擇單元21輸入的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，在 具體實現(xiàn)時，模數(shù)轉(zhuǎn)換器222可以采用增量累加(Z-A)型ADC,以保證采樣精 度和抗干擾能力；
控制單元221 ，用于根據(jù)配置單元24配置的工作參數(shù)對通道選擇單元21以 及模數(shù)轉(zhuǎn)換器222進行控制。
其中，結(jié)合圖4，控制單元221具體包括
參數(shù);險測單元41，用于檢測配置單元24所配置的工作參數(shù)(如輸入類型、 標定方向、測量單位、接線方式、故障檢測等)；
通道控制單元42,用于根據(jù)所述工作參數(shù)控制通道選^^單元21接通溫度輸 入通道25或者電壓/電流輸入通道26，其中，電壓/電流通道26選通的頻率是溫 度輸入通道25的2~3倍；
參數(shù)調(diào)整單元43,用于根據(jù)所述配置單元24配置的工作參數(shù)調(diào)整模數(shù)轉(zhuǎn)換 器222的參數(shù)，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器222的參數(shù)包括參考源選擇、調(diào)制器工作頻 率、下采樣頻率、緩沖器選擇、增益選擇及數(shù)字濾波器選擇等；
采樣結(jié)果處理單元44，用于對模數(shù)轉(zhuǎn)換器222處理后的數(shù)據(jù)做進一步處理， 具體包括查表與線性插值、單位換算、過量程檢測、標記通道狀態(tài)、平滑濾 波、截取16位有效位并計算校驗值等處理；
線接口 23。
優(yōu)選地，在本發(fā)明實施例中，控制單元221可以采用一個8位的微控制器 (Micro Controller Unit ， MCU)實現(xiàn)；
通道選擇單元21可以用多路開關(guān)或開關(guān)陣列實現(xiàn)；
溫度傳感器27可以是電阻型溫度傳感器，包括負溫度系數(shù)(Negative Temperature Coefficient，NTC )熱壽文電阻禾口熱電阻(Resistive Temperature Detector, RTD );
在溫度輸入通道25和電壓/電流輸入通道26中均設(shè)有無源抗混迭濾波電路， 2個溫度輸入通道的抗混迭濾波電路的截止頻率與2個電壓/電流輸入通道不同，
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以適應(yīng)不同信號帶寬；
在電壓/電流輸入通道26中還可設(shè)置
內(nèi)置采樣電阻，可把電流輸入信號轉(zhuǎn)換為ADC輸入范圍內(nèi)的電壓信號； 電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，用于把不同量程的電壓輸入信號轉(zhuǎn)換為ADC輸入范圍內(nèi)的 電壓信號。
結(jié)合圖2、圖3、圖4,詳細闡述本發(fā)明實施例的技術(shù)方案。 在具體實現(xiàn)時，在每一個循環(huán)，測量2個電壓/電流輸入通道，具體為 控制單元221的參數(shù)檢測單元41檢測配置單元24的參數(shù)存儲單元242中 配置的工作參數(shù)(如輸入類型、標定方向、測量單位、接線方式、故障檢測 等)，利用參數(shù)調(diào)整單元43調(diào)整模數(shù)轉(zhuǎn)換器222的參數(shù)，包括選擇內(nèi)部參考， 打開緩沖器，選擇增益，設(shè)定調(diào)制器工作頻率和下采樣頻率，選擇數(shù)字濾波器， 自校準；
控制單元221的通道控制單元42根據(jù)配置單元24的參數(shù)存儲單元242中 配置的工作參數(shù)，控制通道選擇單元21接通電壓/電流輸入通道26;模數(shù)轉(zhuǎn)換 器222對電壓/電流輸入通道的信號采樣4次，取最后1個采樣值；
控制單元221的釆樣結(jié)果處理單元44對模數(shù)轉(zhuǎn)換器222處理后的數(shù)據(jù)計算 電壓/電流值，并進行過量程檢測、標記通道狀態(tài)、計算校驗值等處理，然后通 過結(jié)果輸出單元45將處理后的數(shù)據(jù)輸出到總線接口 23,最后總線接口 23通過 數(shù)據(jù)總線將所述數(shù)據(jù)傳送到CPU 1。
每隔一個循環(huán)，測量l個溫度輸入通道，具體為
控制單元221的參數(shù)檢測單元41檢測配置單元24 (如配置開關(guān)或撥碼開 關(guān))的參數(shù)存儲單元242中配置的工作參數(shù)(如輸入類型、標定方向、測量 單位、接線方式、故障檢測等)，利用參數(shù)調(diào)整單元43調(diào)整模數(shù)轉(zhuǎn)換器222的 參數(shù)，包括選擇外部參考，打開緩沖器，選擇增益，設(shè)定調(diào)制器工作頻率和 下采樣頻率，選擇數(shù)字濾波器，自校準；
控制單元221的通道控制單元42根據(jù)配置單元24 (如配置開關(guān)或撥碼開 關(guān))的參數(shù)存儲單元242中配置的工作參數(shù)，控制通道選擇單元21接通溫度輸 入通道25;模數(shù)轉(zhuǎn)換器222對電壓/電流輸入通道的信號采樣4次，取最后1個 采樣值；
控制單元221的采樣結(jié)果處理單元44對模數(shù)轉(zhuǎn)換器222處理后的數(shù)據(jù)計算
電阻值，并進行查表、插值，計算溫度值，過量程檢測、標記通道狀態(tài)、單位
換算，計算校驗值等處理；然后通過結(jié)果輸出單元45將處理后的數(shù)據(jù)輸出到總 線接口 23,最后總線接口 23通過數(shù)據(jù)總線將所述數(shù)據(jù)傳送到CPU 1。
在上述實施例中，每個循環(huán)都要檢測配置單元的配置狀態(tài)，即檢測其配置 的工作參數(shù)；每4個循環(huán)檢測1個溫度輸入通道是否斷線，如果配置為3線接 法，則每8個循環(huán)檢測1個溫度輸入通道的導(dǎo)線電阻，以消除其對測量結(jié)果的 影響。
上述是本發(fā)明的實施例而已，本發(fā)明不限于此，還可以將本發(fā)明實施例中 所述的擴展^f莫塊集成到CPU;f莫塊中，利用CPU實現(xiàn)本發(fā)明實施例的控制單元的 功能，同樣可以實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案，亦在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
由上述實施例可知，本發(fā)明實施例的一種輸入輸出擴展模及可編程控制器 系統(tǒng)的技術(shù)放案通過在主控單元的控制下，通道選擇單元選擇輸入溫度輸入通 道或電壓/電流通道的信號，主控單元將所述信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號經(jīng)由總線接口 輸出到CPU,從而使一個所述的輸入輸出擴展^^莫塊實現(xiàn)了現(xiàn)有技術(shù)的溫度測量 模塊和電壓輸入模塊兩個模塊的功能，有效地減小空間的占用，并降低了成本， 在操作維護中只需對一個模塊進行操作，從而提高了系統(tǒng)的維護效率，提高了
系統(tǒng)可靠性，另外，本發(fā)明的實施例使用增量累加(Z-A)型ADC,保證了采 樣精度，提高了抗千擾能力。
以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這 些改進和潤飾也視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1、一種輸入輸出擴展模塊，其特征在于，包括通道選擇單元，用于選擇第一輸入通道或者第二輸入通道以輸入信號；主控單元，用于控制所述通道選擇單元工作，并將所述通道選擇單元輸入的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；總線接口，用于將所述主控單元處理后的結(jié)果輸出。
2、 如權(quán)利要求1所述的擴展模塊，其特征在于，還包括 配置單元，用于配置所述擴展模塊的工作參數(shù)。
3、 如權(quán)利要求2所述的擴展模塊，其特征在于，所述工作參數(shù)包括輸入 類型、標定方向、測量單位、接線方式、故障檢測。
4、 如權(quán)利要求2所述的擴展模塊，其特征在于，所述主控單元包括 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將所述通道選擇單元輸入的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號； 控制單元，用于根據(jù)所述配置單元配置的工作參數(shù)對所述通道選擇單元以及;^莫數(shù)轉(zhuǎn)換器進行控制。
5、 如權(quán)利要求4所述的擴展模塊，其特征在于，所述控制單元包括 參數(shù)檢測單元，用于檢測所述配置單元所配置的工作參數(shù)； 通道控制單元，用于根據(jù)所述工作參數(shù)控制所述通道選擇單元接通第 一輸入通道或者第二輸入通道；參數(shù)調(diào)整單元，用于根據(jù)所述配置單元配置的工作參數(shù)調(diào)整所述模數(shù)轉(zhuǎn)換 器的參數(shù)；采樣結(jié)果處理單元，用于對所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器處理后的數(shù)據(jù)做進一步的處理； 結(jié)果輸出單元，用于將所述采樣結(jié)果處理單元處理后的數(shù)據(jù)輸出到總線接
6、如權(quán)利要求5所述的擴展模塊，其特征在于，所述采樣結(jié)果處理單元對 模數(shù)轉(zhuǎn)換器處理后數(shù)據(jù)做進一步處理具體包括查表與線性插值、單位換算、 過量程纟企測、標記通道狀態(tài)、平滑濾波、截取16位有效位并計算校驗值。
7、 如權(quán)利要求1至6任意一項所述的擴展模塊，其特征在于，所述第一輸 入通道為溫度輸入通道，第二輸入通道為電壓/電流輸入通道。
8、 如權(quán)利要求1至6任意一項所述的擴展模塊，其特征在于，所述通道選 擇單元為多路開關(guān)或開關(guān)陣列。
9、 一種可編程控制器系統(tǒng)，其包括CPU、第一傳感器及第二傳感器，其 特征在于，所述系統(tǒng)還包括一用于將第 一傳感器和第二傳感器采集的第 一信號 和第二信號傳送給CPU的輸入輸出擴展模塊，該輸入輸出擴展模塊包括通道選擇單元，通過第一輸入通道和第二輸入通道分別與第 一傳感器和第 二傳感器連接，用于選^^第一輸入通道或者第二輸入通道以輸入信號；主控單元，用于控制所述通道選擇單元工作，并將所述通道選擇單元輸入 的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；總線接口 ，用于將經(jīng)過所述主控單元處理后的數(shù)據(jù)傳送到CPU進行處理。
10、 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述輸入輸出擴展模塊還包括配置單元，用于配置所述擴展模塊的工作參數(shù)。
11、 如權(quán)利要求IO所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述工作參數(shù)包括輸入類 型、標定方向、測量單位、接線方式、故障;險測。
12、 如權(quán)利要求IO所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述主控單元包括 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將所述通道選擇單元輸入的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；控制單元，用于根據(jù)所述配置單元配置的工作參數(shù)對所述通道選擇單元以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器進行控制。
13、 如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元包括 參數(shù)檢測單元，用于檢測所述配置單元所配置的工作參數(shù)；通道控制單元，用于根據(jù)所述工作參數(shù)控制通道單元接通第一輸入通道或 者第二輸入通道；參數(shù)調(diào)整單元，用于根據(jù)所述配置單元配置的工作參數(shù)調(diào)整所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參數(shù)；采樣結(jié)果處理單元，用于對所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器處理后的數(shù)據(jù)做進一步處理； 結(jié)果輸出單元，用于將所述采樣結(jié)果處理單元處理后的數(shù)據(jù)輸出到總線接C 。
14、 如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述采樣結(jié)果處理單元對模 數(shù)轉(zhuǎn)換器處理后數(shù)據(jù)做進一步處理具體包括查表與線性插值、單位換算、過 量程檢測、標記通道狀態(tài)、平滑濾波、截取16位有效位并計算校驗值。
15、 如權(quán)利要求9至14任意一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第 一傳感器為用于檢測溫度的溫度傳感器、第二傳感器為用于檢測壓 力的壓力傳感器；所述第一輸入通道為溫度輸入通道，第二輸入通道為電壓/電流輸入通道。
16、 如權(quán)利要求9至14任意一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述通道選擇 單元為多路開關(guān)或開關(guān)陣列。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種輸入輸出擴展模塊及可編程控制器系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括CPU、第一傳感器及第二傳感器和輸入輸出擴展模塊，其中輸入輸出擴展模塊包括通道選擇單元，通過第一輸入通道和第二輸入通道分別與第一傳感器和第二傳感器連接，用于選擇第一輸入通道或者第二輸入通道以輸入信號；主控單元，用于控制所述通道選擇單元工作，并將所述通道選擇單元輸入的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；總線接口，用于將經(jīng)過主控單元處理后的數(shù)據(jù)傳送到CPU進行處理。本發(fā)明通過利用一個所述擴展模塊實現(xiàn)了第一輸入通道和第二輸入通道的兩種信號的輸入，有效地減小了空間面積的占用，并降低了成本。
文檔編號F24F11/00GK101105691SQ200710028149
公開日2008年1月16日 申請日期2007年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月23日
發(fā)明者周云宇, 戎思吉, 郭偉強, 陳海峰 申請人:深圳市合信自動化技術(shù)有限公司