工業上常用的電流信號和差分信號

在工業領域，為了實現設備之間的數據傳輸和控制，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、優點和應用。

4-20毫安的電流信號

4-20毫安是一種工業上常用的電流信號，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點：

- 不容易受到噪聲的干擾，因為電流對噪聲不敏感；

- 不受導線電阻的影響，因為電流在回路中不會隨導線長短而改變；

- 可以檢測斷線故障，因為正常工作時不會低于4毫安，當斷線時電流降為0；

- 可以實現兩線制，即用兩根線既傳輸信號又供電，節省了接線和成本；

- 可以滿足防爆的要求，因為20毫安的電流不足以引燃易燃氣體。

4-20毫安的電流信號通常使用傳感器來采集模擬量，并將其轉換成相應的電流值。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。接收端可以根據歐姆定律計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，那么當溫度為50攝氏度時，它會輸出12毫安的電流。接收端可以根據以下公式計算出溫度：

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信號是一種工業上常用的差分電流信號，用來傳輸串行數據，比如控制指令、傳感器數據、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點：

- 可以實現長距離的通信，最遠可達1200米；

- 可以支持多點拓撲結構，最多可連接32個節點；

- 可以抵抗共模干擾，因為差分信號只關注兩根線之間的電壓差，而不受外界噪聲的影響；

- 可以節省線纜和接口的成本，因為只需要兩根線就可以實現雙向通信。

RS485信號需要使用專門的收發器芯片來轉換成單片機或其他設備能夠識別的電平信號。收發器芯片有一個使能引腳，用來控制當前是處于發送模式還是接收模式。RS485信號通常采用半雙工的方式，也就是說同一時刻只能有一個設備在發送數據，其他設備在接收數據。如果有多個設備需要發送數據，就需要采用一定的協議來避免沖突。

RS485信號通常使用ASCII碼或二進制碼來表示數據，每個字節由8個位組成，每個位由一個高電平和一個低電平組成。高電平和低電平的持續時間稱為波特率，表示每秒傳輸的位數。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。每個字節的開始和結束都有一個特殊的位，分別稱為起始位和停止位，用來標識字節的邊界。起始位通常是一個低電平，停止位通常是一個高電平。有時還會加入一個奇偶校驗位，用來檢測數據是否有誤。

例如，如果一個設備要發送一個ASCII碼為65的字節，即字符A，它會按照以下順序輸出電壓差：

- 起始位：低電平

- 數據位：01000001

- 停止位：高電平

如果接收端收到了這個信號，并且波特率相同，它就可以還原出字符A。

總結

本文介紹了兩種工業上常用的信號方式：4-20毫安的電流信號和RS485的差分信號，以及它們的原理、優點和應用。這兩種信號方式各有其適用場合，可以根據實際需求選擇合適的信號方式來實現設備之間的數據傳輸和控制。