为什么在社会场景中采用4-20毫安电流传输模拟量信号探索can总线通信原理
我可能会非常熟悉RS232、RS485和CAN等工业上常用的总线,他们都是传输数字信号的方式。那么,我们用什么方式来传输模拟信号呢?在工业中,人们通常需要测量各种非电物理量,例如温度、压力、速度和角度等,这些都需要转换成模拟量电信号才能通过几百米长的电缆传输到控制室或显示设备上。工业中最广泛采用的是使用4~20mA的电流来传输模拟量。采用这种方法的原因是它不容易受到干扰,因为在工业现场,噪声电压可能达到数V,但噪声功率很弱,所以噪声电流通常小于nA级,因此给4-20mA传输带来的误差非常小;由于电流源内阻接近无穷大,与回路中的导线电阻串联不会影响精度,因此可以在普通双绞线上进行数百米的距离;由于有了大内阻和恒流输出,在接收端,只需放置一个250欧姆到地的電阻就能获得0-5V的電壓,而且低输入阻抗接收器对nA级别的输入電流噪声产生非常微弱的電壓噪声。
为什么选择上限为20mA而不是更高?这主要是出于防爆要求:20mA以下,不足以引发火花,从而避免了爆炸危险。而下限没有选择0mA,而是保持至少4mA,是为了能够检测断线。当系统正常工作时,环路不会低于这个值。当因故障导致连接断开时,环路当前降至0,这样便可以触发报警。如果设定为2mA作为断线报警阈值,那么即使有一点儿故障也能及时发现并处理。
变送器将物理量转换成4~20mA输出,并且它们必须由外部供电。这意味着每个变送器需要两根供电线,以及两根用于数据发送的一般性通信(如CAN总线)所必需的一般性通信交互过程。在这种情况下,它们被称作四通道制变送器。但如果我们设计得更加高效,可以让变送器自己提供部分或全部所需之功率。这可以节省一根额外之连接,使其成为三通道制变送器。在某些情况下,即使如此,还存在一种只需两个通道——因为它自身可以供应所有必要之功耗——从而称作二通道制变送器。这些独立型配置允许他们运用适合特定应用需求的情景环境,以实现最佳性能。
对于确保标准化操作,在任何情形下,大多数工业场景都遵循一个共同点:所有单位应被配置以仅使用极少数量与尽可能最小化资源消耗相结合,其中之一就是减少能源消耗。此举推动创新,如DC/DC转换技术(例如TPS54331, TPS54160),以及那些特别专注于提高效率和耐久性的低功耗感知设备及其相关产品链条。此类解决方案尤其适合那些具有特殊限制条件,比如空间受限或者持续运行时间长达几年的应用领域,如物联网设备或远程监控系统。
最后,由于缺乏可靠信息来源,我无法确定具体哪种类型或品牌制造商生产这样的VI转换芯片,但根据我的理解,如果你想要构建这样一个简单但功能强大的电子项目,你将需要寻找一个既支持广泛范围又具有良好稳定的安培/伏特(amp/volt)转换IC。我建议使用经典LM358运算放大器作为基础组件,它是一款比较古老但仍然有效且易于找到的大规模集成半导体芯片。如果你的预算允许的话,你还应该考虑最新版本比如OP07系列,它们提供更好的性能特征并且占据较小尺寸空间,从而能够更加紧凑地整合进你的项目中。你还应该确保你的供给源充分,并考虑如何优化您的设计以最大程度地减少能耗,同时保持良好的准确性。这是一个挑战,但也是向前迈出的重要一步,为未来智能世界做出贡献。