为什么在社会场景中采用4-20毫安电流传输模拟量信号作为CAN总线通信协议的实例
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导线到达控制室或显示设备。工业中最广泛采用的方法之一就是使用4~20mA电流来传输模拟量。采用这种方法的原因之一是它不容易受干扰，因为工业现场中的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级别，因此给4-20mA传输带来的误差非常小；而且，由于电流源的大内阻和恒流输出，在接收端，只需放置一个250欧姆到地的电阻就可以获得0-5V的电压。这使得我们可以轻松地处理输入阻抗低的小型接收器，并且只产生非常微弱的电压噪声。
上限设定为20mA，是因为对于防爆要求：20mA的电流通断引起的火花能量不足以引燃瓦斯。而下限没有设置为0mA，是为了能够检测断线：正常工作时不会低于4mA，当传输线因故障断路，环路電流降為0時，可以作为报警值。在实际应用中，变送器将物理量转换成4~20mA输出，这意味着它们必须有外部供给作为其动力来源。最常见的是变送器需要两根供给线加上两根输出线，因此它们被称作四线制变送器。但是，有一种更高效的地理实现，就是三线制变送器，它利用了当前设计中的共享供货管道（即VCC或GND），从而节省了一条额外的一根导体。
事实上，4-20mA本身就足够作为变送器提供动力，使得它们只需连接两个导体，即成为所谓“两线制”（Two-Wire）系统。在这些情况下，大多数系统遵循一个标准，即至少在10毫安范围内保持大于零毫安，以确保稳定的通信。此外，大多数系统也遵循一个规则，那就是在任何时候都不应该让当前流量降至零，这样做可以避免错误读取数据并减少潜在的问题。当你想了解更多关于如何构建这样的系统以及相关技术细节时，你可能会发现自己对VI转换仪表感兴趣，这是一种将输入幅度限制在特定范围内（如0至3.3v）的设备，以便生成一条符合标准规范（即4至20毫安）的输出。这是一个复杂但有挑战性的任务，它涉及精心选择合适元件，如运算放大器LM358，以及恰当调校以确保最佳性能。此外，还需要考虑正确安装所有必要组件，并进行彻底测试以验证一切功能正常运行。
