在工業(yè)領(lǐng)域，為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸和控制，需要使用一些特定的信號方式。本文將介紹兩種常見的信號方式：4-20毫安的電流信號和RS485的差分信號，以及它們的原理、優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用。

4-20毫安的電流信號

4-20毫安是一種工業(yè)上常用的電流信號，用來傳輸模擬量，比如溫度、壓力、速度等。它的意思是最小電流為4毫安，最大電流為20毫安。這樣的信號有以下優(yōu)點(diǎn)：

- 不容易受到噪聲的干擾，因?yàn)殡娏鲗υ肼暡幻舾校?/p>

- 不受導(dǎo)線電阻的影響，因?yàn)殡娏髟诨芈分胁粫?huì)隨導(dǎo)線長短而改變；

- 可以檢測斷線故障，因?yàn)檎９ぷ鲿r(shí)不會(huì)低于4毫安，當(dāng)斷線時(shí)電流降為0；

- 可以實(shí)現(xiàn)兩線制，即用兩根線既傳輸信號又供電，節(jié)省了接線和成本；

- 可以滿足防爆的要求，因?yàn)?0毫安的電流不足以引燃易燃?xì)怏w。

4-20毫安的電流信號通常使用傳感器來采集模擬量，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電流值。然后通過兩根線將電流值傳輸給接收端，如顯示儀表、控制器或記錄儀等。接收端可以根據(jù)歐姆定律計(jì)算出兩根線之間的電壓差，并將其還原成模擬量。例如，如果一個(gè)溫度傳感器采用4-20毫安的信號來表示0-100攝氏度的范圍，那么當(dāng)溫度為50攝氏度時(shí)，它會(huì)輸出12毫安的電流。接收端可以根據(jù)以下公式計(jì)算出溫度：

其中T是溫度，I是電流。將I代入12毫安，得到T為50攝氏度。

RS485的差分信號

RS485信號是一種工業(yè)上常用的差分電流信號，用來傳輸串行數(shù)據(jù)，比如控制指令、傳感器數(shù)據(jù)、儀器測量等。它的意思是使用一對雙絞線，其中一根線定義為A，另一根線定義為B，通過A和B之間的電壓差來表示邏輯0或1。這樣的信號有以下優(yōu)點(diǎn)：

- 可以實(shí)現(xiàn)長距離的通信，最遠(yuǎn)可達(dá)1200米；

- 可以支持多點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，最多可連接32個(gè)節(jié)點(diǎn)；

- 可以抵抗共模干擾，因?yàn)椴罘中盘栔魂P(guān)注兩根線之間的電壓差，而不受外界噪聲的影響；

- 可以節(jié)省線纜和接口的成本，因?yàn)橹恍枰獌筛€就可以實(shí)現(xiàn)雙向通信。

RS485信號需要使用專門的收發(fā)器芯片來轉(zhuǎn)換成單片機(jī)或其他設(shè)備能夠識別的電平信號。收發(fā)器芯片有一個(gè)使能引腳，用來控制當(dāng)前是處于發(fā)送模式還是接收模式。RS485信號通常采用半雙工的方式，也就是說同一時(shí)刻只能有一個(gè)設(shè)備在發(fā)送數(shù)據(jù)，其他設(shè)備在接收數(shù)據(jù)。如果有多個(gè)設(shè)備需要發(fā)送數(shù)據(jù)，就需要采用一定的協(xié)議來避免沖突。

RS485信號通常使用ASCII碼或二進(jìn)制碼來表示數(shù)據(jù)，每個(gè)字節(jié)由8個(gè)位組成，每個(gè)位由一個(gè)高電平和一個(gè)低電平組成。高電平和低電平的持續(xù)時(shí)間稱為波特率，表示每秒傳輸?shù)奈粩?shù)。波特率越高，傳輸速度越快，但也越容易受到干擾。常見的波特率有9600、19200、38400等。每個(gè)字節(jié)的開始和結(jié)束都有一個(gè)特殊的位，分別稱為起始位和停止位，用來標(biāo)識字節(jié)的邊界。起始位通常是一個(gè)低電平，停止位通常是一個(gè)高電平。有時(shí)還會(huì)加入一個(gè)奇偶校驗(yàn)位，用來檢測數(shù)據(jù)是否有誤。

例如，如果一個(gè)設(shè)備要發(fā)送一個(gè)ASCII碼為65的字節(jié)，即字符A，它會(huì)按照以下順序輸出電壓差：

- 起始位：低電平

- 數(shù)據(jù)位：01000001

- 停止位：高電平

如果接收端收到了這個(gè)信號，并且波特率相同，它就可以還原出字符A。

總結(jié)

本文介紹了兩種工業(yè)上常用的信號方式：4-20毫安的電流信號和RS485的差分信號，以及它們的原理、優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用。這兩種信號方式各有其適用場合，可以根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的信號方式來實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸和控制。