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“人工智能AI”已成为当下的一个热词，尤其是受到最近的一个“围棋比赛”的新闻的影响以及一个“可以避障可以跟踪的新型无人机”的发布，很多人会以为人类将被机器人取代的日子要来临了？“机器人”是人设计的，尤其是它的“思维”，取决于编写它的程序算法，代替工人进行生产线上的重复性工作早已不是什么现在才有的新鲜事儿，想具有人类的聪明大脑的水平，“神经网络算法”的研究貌似又进入了一个新的**阶段。这样发展下去，人类是否会对自己创造出来的未来机器人有些忧虑？想不轻易被机器人取代，还是多活动活动右脑，比如，经常写写文章之类的。   智能手机的充电过程其实也是很智能的，而且随着技术的发展，充电技术越来越智能。智能手机充电的实际过程是什么样子？接下来，我就把一台数字万用表当成数据采集器或者波形记录仪来使用，记录一下我的手机的充电过程，如图1所示。 图1：通过DM3068记录充电电流的变化波形   看看我的三星NOTE2手机充电的实际过程中电流的变化过程是什么样子。一切就绪，接通充电器的电源，手机开始充电。DM3068被触发并开始采集数据，同时在LCD屏幕上绘出了电流的波形，如图2所示。从图2可以看到，在充电开始阶段，能明显看出电流有4次脉冲式的变化。通过后续测试其他几个不同品牌的智能手机发现：并不是所有的手机都会有这样的动作。想必是我的手机内部的电源管理芯片在进行“智能检测”，通过检测来判断外接充电器的类型从而能判断出能提供的充电电流的大小，结合手机内部电池的电量的余量状况，最终判断出应该以何种充电模式，使用多大的充电电流对内部的电池进行充电。 如果是这样，看来我的这部手机充电“挺智能的”。 图2：对手机充电开始阶段进行数据采集的结果   观察一下细节，可以看到如图3所示的电流波形，充电器输出的电流在手机内部电源管理芯片的控制下呈台阶状递增，然后又递减，如此循环4次，最终达到一稳定电流值进行充电。 图3：充电电流的变化波形   接下来我们对充电过程进行长时间的采集和观察。此时手机显示的电池余量是60%，充电过程中，我对手机进行不同的操作，以便观察相应的状态下充电电流的变化情况： 1）  打开手机的WLAN，然后关闭手机屏幕显示：看到此时的充电器输出的电流波形有周期性的尖峰波动，波动的幅度大概有~100mA，如图4中屏幕右侧波形所示： 图4：充电电流的波形变化   2）打开手机的WLAN，打开手机屏幕显示：此时的充电器输出的电流明显变大，如图5中屏幕右侧波形所示： 图5：充电电流的波形变化 3）关闭手机的WLAN，关闭屏幕显示时的充电波形，充电器输出的电流明显变小，且稳定，如图6中屏幕右侧波形所示： 图6：充电电流的波形变化   4）打电话时的充电电流波形，充电器输出的电流明显升高，如图7中屏幕右侧波形所示： 图7：充电电流的波形变化   5）打开WLAN，下载并播放视频，继续充电时的电流波形，如图8中的右侧波形的高低起伏段： 图8：充电电流的波形变化   6）图9中屏幕的右侧波形的两个峰皆为打开手机屏幕时的充电电流。此时手机的充电提示灯已由红变绿，DM3068显示的充电电流只有187mA, 充电可以结束了。屏幕左侧的波形为由DM3068所记录的整个充电过程中电流波形的变化：能够清楚地看到充电电流整体呈现出由大变小的递减趋势，但在充电过程中，由于进行了打开WLAN，打电话，下载播放视频等操作，使得充电过程被打搅，电流出现了明显的波动，看来，如果想充电快，最好充电时别打搅手机。可能有不少人经常在充电时玩儿手机，尤其是边充电边玩儿游戏等，此时充电器的输出可能不但要给手机内部的电池进行充电，还要电给手机内部的电路供电。 图9：整个充电过程的电流波形的变化   通过以上的实测，把数字万用表当做数据采集器/波形记录仪来使用，详细地监测记录了我的手机充电的整个过程中电流的变化。我的手机充电起始时进行了识别充电器和判断充电电流的工作，充电过程中对手机的各种操作都会引起充电器输出电流的波动。对于我的这部手机来说，要想充电快，别打搅它，最好是关机充，这样就比较专一，充电速度会比较快。   注： 1. 若转载到其他媒体，请注明出处： EDNChina JIGONG 的博客 微测 2.我的EDNChina 微测 的所有博客文章： http://bbs.ednchina.com/blog_index.jspa?blog_id=2004572

智能手机越来越普及，充电器产品也越来越丰富，以至于很多人平常对手机进行充电的时候很容易混着用，以前的都是5V的，而现在涌现出越来越多的高电压或者是大电流的快速充电器，尤其是充电接头是一样的，要是不注意把快充也混着用，会不会出问题？ 会不会把手机烧了？   三星NOTE4手机内部采用了高通的骁龙805芯片，此芯片支持9V的QUICK CHARGE 2.0快充技术。小米NOTE采用了骁龙810芯片，同样也支持QUICK CHARGE 2.0快充技术，它标配的充电器上写着5V/9/12V的字样，看产品介绍，它也应该支持快速充电模式。那么，三星NOTE4能否兼容小米NOTE标配的5V/9/12V充电器呢？     图1：三星小米标配的快充   在上一篇里，我们把三星NOTE4标配的支持5V/9V的Adaptive Fast Charging充电器接到三星NOTE4手机，把整个识别并开始充电的过程进行了实测，得到了如图2所示的波形。     图2：三星NOTE4对标配快充识别过程的波形   从图2的波形上看到：D+（黄色波形）保持0.6V电平，D-（蓝色波形）也保持了大概1s的0.6V电平后出现了峰峰值为2V的8组脉冲串，在第三组脉冲串出现期间，充电器的输出电压（粉色波形）从5V跳变到了9V，进入快充模式。   既然都是支持QUICK CHARGE 2.0快充技术，我怀着好奇的心情，想测测看三星的NOTE4能否兼容小米NOTE的标配快充。   同样，要确认在三星手机NOTE4的菜单里，将“快速充电”模式选中。找来一台RIGOL的MSO1104Z数字示波器，把MSO1104Z的通道1接到充电器的USB充电端口的D+,通道2接到D-,通道3接到VBUS。将充电器接通220V交流电，此时数字示波器测到如图3所示的整个过程。     图3：三星NOTE4对小米快充识别过程的波形   从图3的波形上看到：D- （蓝色波形）先是保持了大概1.5s的0.7V的电平后出现了峰峰值为2V的4个脉冲，然后又变回到0.7V的电平并保持不变；D+ （黄色波形）先是保持大概2s的0.7V的电平后，在D-又变回到0.7V的电平的同时，D+跳变到3.5V的电平并一直保持下去。与此同时，充电器的输出电压（粉色波形）从5V跳变到了9V，进入快充模式。   把波形展开，看看细节，从图4能发现，三星NOTE4的D-发出的脉冲与图2中的脉冲是明显不同的，是4个周期性的单脉冲信号，而不是8组比较复杂的脉冲串。     图4：展开观察脉冲波形   虽然D+和D-的波形很不相同，但经历了大概2s后，三星NOTE4也识别了小米NOTE的标配快充，进入了快充模式，看来它们之间是可以相互识别，兼容的。   既然不同品牌的产品之间能够相互兼容，那理论上讲，它们都应该遵循共同的规范才能做到这一点。于是，在网上查到的有关QUICK CHARGE 2.0的识别电平组合的定义，如表1所示：   表1：QC2.0的识别电平定义   根据这个表，对比图2的波形能发现：三星NOTE4在识别标配的5V/9V Adaptive Fast Charging充电器的时候，它是按自己的定义来识别的，不是按照表1所示的实现的。 那么根据这个表，再对比图3的波形能发现：三星NOTE4在试图识别小米NOTE标配的5V/9V/12V 充电器的时候，D-上先是出现了4个脉冲，可能发现不对劲儿，不是自家的，但又识别到了什么，于是又按QC 2.0所定义的电平进行了识别，最终的D+和D-上的电平与表1所示的相符。通过以上的测试，验证了它们之间的兼容性。   对于支持高通QUICK CHARGE 2.0以及QUICK CHARGE3.0标准的5V/9V/12V/20V 充电器来说，使用的充电接头是与普通的5V充电器一样的Micro-USB接头，由于物理尺寸一样，很容易混着用，虽然对充电器的识别是有定义的，最好还是使用标配的充电器充电。     智能手机的智能充电（1）： http://bbs.ednchina.com/BLOG_ARTICLE_3031271.HTM 智能手机的智能充电（2）： http://bbs.ednchina.com/BLOG_ARTICLE_3031370.HTM 智能手机对快充的识别： http://bbs.ednchina.com/BLOG_ARTICLE_3031537.HTM   我的EDNChina JIGONG的博客 微测  的所有文章： http://bbs.ednchina.com/BLOG_JIGONG_2004572.HTM?source=ednc_topnav   注： 转载本人文章请注明出处：EDNChina JIGONG的博客 微测    

在 《 智能手机的智能充电》 的第 1 篇里，我们经过实测发现手机使用不同的充电器充电时的充电电流普遍很小， “ 不合情理 ” 。 在《 智能手机的智能充电》 的第 2 和第 3 篇里，我们谈到了智能手机对充电器的智能识别。 那么，到底是识别的问题造成实测电流小？还是有其他因素影响造成的？别光说理论，接下来再次实测验证一下，看看苹果的手机与自家的以及其他厂家的充电器之间的实际兼容性。 苹果 手机 标配的充电器通常都是 5V/1A 的充电器的，为什么不是 5V/2A 的？三星的同档产品标配通常都是 5V/2A 的。   1.     测测比较缺电的 iPhone 5 在使用标配的苹果 5V/1A 充电器时的实际充电电流，如图 1 所示。     图 1 ： iPhone 5+ 标配的 5V/1A 充电器时的充电电流   实测结果是 0.982A, 充电器时的实际充电电流很接近充电器的额定电流值 1A 。   2.     测测比较缺电的 iPhone6 Plus 在使用标配的苹果 5V/1A 充电器时的实际充电电流，如图 2 所示。 苹果 iPhone6 Plus 是个大屏手机，但标配的也是 5V/1A 的充电器，周边的几个同事到手的都是如此。有点不解，为啥？难道 iPhone6 Plus 这么高大上的手机却不能支持大于 1A 的充电？ 不应该呀，那就实测一下吧。   图 2 ： iPhone6 Plus 使用标配的充电器实测的充电电流   先测测 iPhone6 Plus 在使用标配的 5V/1A 的充电器时的充电电流，使用苹果的充电器充电，电流向来都很准， 实测结果是 0.998A, 充电器时的实际充电电流很接近充电器的额定电流值 1A 。   3.     测测比较缺电的 iPhone6 Plus 在使用三星的 5V/2A 充电器时的实际充电电流，如图 3 所示。 iPhone6 Plus 到底能不能支持大于 1A 的充电呢？ 试试接到 5V/2A 的充电器的表现如何。先接到我的三星充电器（ 5V/2A ）试试，一测，发现不是一家的，苹果不认三星， 实测结果是 0.490A, 充电电流只有可怜的 0.490 A ， 500mA, 这是 “ 标准充电电流 ” 。       图 3 ： iPhone6 Plus 使用三星的充电器实测的充电电流     4.     测测比较缺电的 iPhone6 Plus 在使用苹果 iPAD 2.1A 充电器时的实际充电电流，如图 4 所示。 找到了一个苹果 iPAD 2.1A 充电器，看看 iPhone6 Plus 认不认它，接上去一测， 实测的充电电流有 1.642 A ，如图 4 所示。     图 4 ： iPhone6 Plus 使用苹果 iPAD 2.1A 充电器实测的充电电流   看来 iPhone6 Plus 应该是可以支持大于 1A 的充电的，不然，外部的充电器标称的输出电流再大，手机内部的电源管理电路也会限流的，绝不会出现 1.642A 的显示。   5.     测测比较缺电的三星 NOTE 2 手机在使用苹果 iPAD 2.1A 充电器时的实际充电电流，如图 5 所示。 看来苹果手机对充电器很挑剔，难道只认自家的？接到三星的充电器会是啥情况？ 把 iPAD 的充电器， 2.1A 的那个，接到我的三星 NOTE 2 手机进行充电， 测试结果是 0.998A ，看来我的三星 NOTE 2 只能把苹果的 2.1A 当成 1A 的认，如图 5 所示。     图 5 ：三星手机使用 iPAD 2.1A 充电器实测的充电电流   通过理论联系实际，我们可以看出， 智能手机与充电器之间是首先要进行智能识别的，要 “ 匹配 ” ，尤其是 “ 大品牌的 ” 智能手机，对充电器的识别各有各的定义，所以最好用标配的充电器充电，否则，可能会导致充电电流会很小，充电速度会很慢。     智能手机的智能充电（1）： http://bbs.ednchina.com/BLOG_ARTICLE_3031271.HTM 智能手机的智能充电（2）： http://bbs.ednchina.com/BLOG_ARTICLE_3031370.HTM 智能手机的智能充电（3）： http://bbs.ednchina.com/BLOG_ARTICLE_3031537.HTM   注： 转载本人文章请注明出处：EDNChina JIGONG的博客 微测  

目前手机电池普遍采用的是聚合物锂电池，能量密度相对其他材料要高。手机的轻薄设计与续航时间一直存在着矛盾。在空间很有限的情况下，想大幅提高电池的容量目前似乎还没有更好的办法。既然电池的革命不能轻易指望，如何解决续航的瓶颈？于是不少厂家就想到了另一种办法： “快充”—— 既然充完一次干活儿不够持久，如果短时间内能让电池再次复活也算是个新办法。于是就开始涌现出一些新的 “ 快速充电 ” 技术。 如何实现快速充电？理论上讲，为了提高充电速度，就要提高电池的充电功率。传统的手机充电器都是 5V 的，充电电流最大也就是 2A 左右，最大输出功率大概 10W 左右。要想实现快速充电，就要提高充电的功率， P=I *U ，也就是提高 V 和 I 。充电器本质上是开关电源，很容易把输出功率做大，比如做一个输出功率是 20W 的充电器，既可以根据需要做成高电压低电流的 10V,2A ，也可以做成低电压高电流的 5V,4A 。 因为提高充电电压的做法可以在继续使用现有的 USB 连线和连接器的情况下提供较高的充电功率，所以采用这种方法的厂家比较多，比如，高通的 Quick Charge 技术可以支持 5V,9V,12V 甚至是 20V 的充电电压； MTK 的 Pump Express Plus 可以支持的最大电压是 12V ； Apple 也有了它的可以支持最大到 20V 的快充技术 。 以上这几家都是做手机芯片的，快充的实现都会和各自的芯片以及软件系统结合起来。 TI ， Maxim 等公司也介入了这个领域，推出了它们的可以独立使用的 MaxCharge 技术，它通过识别充电器的类型，可以支持 9V 、 12V 充电电压，也兼容标准的 5V 充电电压。在 上一篇文章里，我画的电源管理芯片的内部框图中就包含了有针对不同类型的充电器的识别电路，还有针对高电压快充的内部DC/DC转换电路。 三星的NOTE4就支持快充，它标配有支持5V/2A或9V/1.67A的 三星Adaptive Fast Charging充电器。NOTE4是如何对它进行通讯识别的？接下来就微测一下！ 为了测试把三星Adaptive Fast Charging充电器接到三星手机NOTE4时的识别并开始充电的过程，首先需要确认在三星手机NOTE4的菜单里，将“快速充电”模式选中。找来一台RIGOL的MSO1104Z数字示波器，把MSO1104Z的通道1接到充电器的USB充电端口的D+,通道2接到D-,通道3接到VBUS。   将充电线接入手机充电接口，MSO1104Z被触发，捕获到此刻充电器刚接到手机后的D+,D-,VBUS的波形，如图1所示。                         图 1：充电器刚接到手机后的D+,D-,VBUS的波形   经过一个比较复杂的过程之后，充电电压VBUS从5V升到9V,对手机进行充电。我们把这个过程分段展开看看，刚接通的一段时间，D+和D-上的电平经过了几次阶跃似的变化，这个过程通过标尺测得大概是182ms, 之后，D+和D-上的电平趋于稳定，变为720mV并一直持续下去（这是采用高阻的示波器探头，示波器的输入阻抗也为高阻时测得的值），如图2所示。                       图2：充电器刚接到手机后的 D+,D- 的波形   接着看下一段，D+和D-上的电平变为720mV并一直持续了大概1.1秒之后，D+电平维持不变，而D-上的电平变成了一串脉冲串形状的信号，持续了432ms，幅度大约有1.9V, 之后，D-的电平变成0V。在此期间，VBUS的电压由5V变为9V，如图3，图4所示。                    图3：D+和D-上的电平持续了大概1.1秒                      图 4： D-上的脉冲形状的识别通讯信号   一共有8组脉冲串，其中前两组之间的间隔比较近，而后面的间隔相等。每个脉冲串内的脉冲宽度宽窄不一，在第三个脉冲串期间，VBUS的电压由5V变为9V。   通过以上测试可以清楚地看到三星所定义的对其快充充电器的整个通讯识别过程，比起在上一篇里我测到的手机对5V普通充电器的识别要复杂多了吧。   我的EDN CHINA 所有博客： http://bbs.ednchina.com/BLOG_JIGONG_2004572.HTM?source=ednc_topnav   注： 转载本人文章请注明出处：EDNChina JIGONG的博客 微测

上一篇我们分别使用了数字万用表和带有测量功能的数字化直流电源对手机的充电电流进行了测试。方法不同，但测试结果都出乎意料：实测电流值都远小于充电设备的最大能输出的电流值。看似是一件简单的事情，好像没那么简单。 问题出在哪里了？不排除读者当中有高手，也许早已看出端倪了，知道该如何解决了。不知是否会有人得出 “ 数字万用表和直流电源不适于这种应用的测量 ” 的结论？后续我还将会用那台数字万用表再测测，让大家看看截然不同的结果。   上一篇曾经提到过，智能手机里的处理器的功能越来越强，比如，很多手机里常用的骁龙 805 ， 810 甚至 820 等处理器，这种 SOC 的集成度越来越高，里面除了有多核处理器，还集成了图像处理器，调制解调器， WIFI ，蓝牙。。。。。。甚至电源充电管理，恨不能把所有功能都塞进去 。三星 NOTE4 里用的骁龙 805 处理器支持 Qualcomm® Quick Charge™ 2.0 技术，这种技术除了兼容普通的 5V 充电，还支持快充，输入电压达 9V ，输出电流达 3A 。   当然，集成度越高，速度越快，可能会导致芯片 “ 发烧 ” 的现象，为了避免这种情况，不少智能手机把包括电源管理，摄像头的 ISP 等在内的一些功能采用了外部的专门的芯片来实现。市场上已经有一些半导体厂家比如 TI, Maxim 等，也提供了各自的支持快充甚至无线充电的电源管理芯片。   当今支持快充功能的智能手机的充电是很智能的，是靠复杂的检测和控制来实现的，图1 是一简单的示意图，可以看出，这里面包括了嵌入式设计常用的 I2C 总线，功能强大的电源管理芯片可以对不同类型的充电设备进行检测识别，从而支持普通充电，高电压充电。它的内部有电压，电流，电池温度的监测电路，会根据电池的余量进行控制：当电池电压低于设定的门限时控制手机关机；充电时控制充电的模式，包括对低电量的电池先进行预充电，然后进行恒流模式的充电，然后再进行恒压模式的充电，当电池的电压达到一门限，而充电电流也变小到一门限值时，会认为电池已充满，切断充电；充电时还会监测电池的温度。当电池电量低时还会直接为手机电路供电。     图1 ：智能手机的智能电源管理示意图   电源管理芯片的内部还具有对充电设备的识别电路，因为几大流派对手机充电器的识别的定义是不一样的。手机充电器不只是一个具有一定的输出电压和电流的开关电源，在它的充电输出接口内部，也就是在它的 USB 接口的内部，还会有识别电阻。必须注意，不同厂家的定义是不同的，比如，苹果对它的充电接口有它的定义：苹果的 5V 充电器通常有 3 种不同的充电电流，分别是 0.5A/1A/2.1A 。这 3 种不同充电器的识别是靠在内部的 USB 充电接口上，通过 VDD, D+, D- 和 GND 之间的不同的分压电阻的组合来实现的。当苹果的产品，比如 iPAD ， iPHONE ， iPOD 接到充电器的 USB 接口时，会先检测 USB 的 D+ 和 D- 上的电压，对于苹果的 0.5A 充电器，理论值 D+ 的电压是 2V, D- 的电压也是 2V ，压差为 0V ；对于苹果的 1A 充电器，理论值 D+ 的电压是 2V, D- 的电压是 2.68V, 压差为 -0.68V ；对于苹果的 2.1A 充电器，理论值 D+ 的电压是 2.7V, D- 的电压是 2V, 压差为 0.7V 。手机内部的电源管理芯片通过检测 D+ 和 D- 上的电压来确定该充电器的类型。   三星又有自己的定义。对于我的三星 NOTE2 标配的 5V/2A 充电器，使用万用表实测了一下，它的 D+ 和 D- 被短接，再通过一定阻值的分压电阻分别接到 VDD 和 GND 。空载时，测得 D+ 和 D- 对地的电压都分别是 1.28V ，所以 D+ 和 D- 之间的电压差为 0V ，这是三星标配的 5V/2A 充电器的识别方法。   看到这里，不知您对我在上一篇博客里对使用不同充电器充电电流的 “奇怪的测试结果”是否有些领会了？   既然手机内部的电源管理芯片是通过检测数据线 D+ 和 D- 上的电平来确定充电器的类型的，而不同厂家的定义又是不一样的，那么，对于我的三星 NOTE2 手机，当与标配的 5V/2A 充电器以及与其他厂家的充电器刚接通的那段时间它们的识别过程是怎样的？哪些会被识别？哪些会不被识别？想必这是大家所关心的！   为了验证一下实际情况，我使用了一台 RIGOL 的四通道的数字示波器 DS4054 分别对三星 5V/2A ，苹果 5V/1A ，兼容苹果的品胜 5V/2A 这三个不同的充电器刚接通时的 D+ ， D- 以及 VBUS 三路信号进行实际采集，如图2 所示，抓到它们刚接通时的识别过程。   图2 ：使用 DS4054 验证充电器的智能识别过程   先看三星 NOTE2 手机与标配的 5V/2A 充电器接通时的 D+ 和 D- 的通讯识别情况，如图3 所示，黄色轨迹为 D+, 蓝色轨迹为 D-, 粉色轨迹为 VBUS, 可以看出，刚接通时， VBUS 由 0V 跳跃到 5V ，同时，数据线 D+ 和 D- 上的信号经过了大概 167 ms 的跳变过程之后，电平都变为 1V 并保持稳定，这应该是三星所定义的对自己的充电器的识别通讯信号。   图3 ：三星 5V/2A 充电器 D+ ， D- 的通讯识别信号   再看看三星 NOTE2 手机与苹果的 5V/1A 充电器接通时的 D+ 和 D- 的通讯识别情况，如图4 所示，黄色轨迹为 D+, 蓝色轨迹为 D-, 粉色轨迹为 VBUS, 可以看出，数据线 D+ 和 D- 上的信号经过了大概 168 ms 的跳变，跳变的幅度最大只有大概 0.5V ，之后，电平都变为 0V 并保持稳定，与白色的三星标配充电器的参考波形相比，差别很大。   图4 ：苹果 5V/1A 充电器 D+ ， D- 的通讯识别信号   再看看三星 NOTE2 手机与品胜的 5V/2A 充电器接通时的 D+ 和 D- 的通讯识别情况，如图5 所示，黄色轨迹为 D+, 蓝色轨迹为 D-, 粉色轨迹为 VBUS, 可以看出，数据线 D+ 和 D- 上的信号经过了大概 206 ms 的跳变，跳变的幅度最大有大概 2V ，之后，电平都变为 2V 并保持稳定，与白色的三星标配充电器的参考波形相比，差别很大。 图5 ：苹果 5V/1A 充电器 D+ ， D- 的通讯识别信号   通过实际验证可以看出智能手机与不同厂家的充电器之间首先是要进行通讯识别的。那么： 1. 三星NPOTE2是否认那两个充电器呢？会认成什么呢？ 2. 我在上一篇里即使用三星的标配充电器，为何测出的电流还很小？ 3. 具有 “ 快充功能 ” 的智能手机，能接到普通的充电器用吗？ 4. 不 具有 “ 快充功能 ” 的智能手机，能接到快充的充电器用吗？   欢迎朋友们参与讨论！   我的EDN CHINA 所有博客： http://bbs.ednchina.com/BLOG_JIGONG_2004572.HTM?source=ednc_topnav   注： 转载本人文章请注明出处：EDNChina JIGONG的博客 微测