工业上常用的电流信号和差分信号

在工业领域，为了实现设备之间的数据传输和控制，需要使用一些特定的信号方式。本文将介绍两种常见的信号方式：4-20毫安的电流信号和RS485的差分信号，以及它们的原理、优点和应用。

4-20毫安的电流信号

4-20毫安是一种工业上常用的电流信号，用来传输模拟量，比如温度、压力、速度等。它的意思是最小电流为4毫安，最大电流为20毫安。这样的信号有以下优点：

- 不容易受到噪声的干扰，因为电流对噪声不敏感；

- 不受导线电阻的影响，因为电流在回路中不会随导线长短而改变；

- 可以检测断线故障，因为正常工作时不会低于4毫安，当断线时电流降为0；

- 可以实现两线制，即用两根线既传输信号又供电，节省了接线和成本；

- 可以满足防爆的要求，因为20毫安的电流不足以引燃易燃气体。

4-20毫安的电流信号通常使用传感器来采集模拟量，并将其转换成相应的电流值。然后通过两根线将电流值传输给接收端，如显示仪表、控制器或记录仪等。接收端可以根据欧姆定律计算出两根线之间的电压差，并将其还原成模拟量。例如，如果一个温度传感器采用4-20毫安的信号来表示0-100摄氏度的范围，那么当温度为50摄氏度时，它会输出12毫安的电流。接收端可以根据以下公式计算出温度：

其中T是温度，I是电流。将I代入12毫安，得到T为50摄氏度。

RS485的差分信号

RS485信号是一种工业上常用的差分电流信号，用来传输串行数据，比如控制指令、传感器数据、仪器测量等。它的意思是使用一对双绞线，其中一根线定义为A，另一根线定义为B，通过A和B之间的电压差来表示逻辑0或1。这样的信号有以下优点：

- 可以实现长距离的通信，最远可达1200米；

- 可以支持多点拓扑结构，最多可连接32个节点；

- 可以抵抗共模干扰，因为差分信号只关注两根线之间的电压差，而不受外界噪声的影响；

- 可以节省线缆和接口的成本，因为只需要两根线就可以实现双向通信。

RS485信号需要使用专门的收发器芯片来转换成单片机或其他设备能够识别的电平信号。收发器芯片有一个使能引脚，用来控制当前是处于发送模式还是接收模式。RS485信号通常采用半双工的方式，也就是说同一时刻只能有一个设备在发送数据，其他设备在接收数据。如果有多个设备需要发送数据，就需要采用一定的协议来避免冲突。

RS485信号通常使用ASCII码或二进制码来表示数据，每个字节由8个位组成，每个位由一个高电平和一个低电平组成。高电平和低电平的持续时间称为波特率，表示每秒传输的位数。波特率越高，传输速度越快，但也越容易受到干扰。常见的波特率有9600、19200、38400等。每个字节的开始和结束都有一个特殊的位，分别称为起始位和停止位，用来标识字节的边界。起始位通常是一个低电平，停止位通常是一个高电平。有时还会加入一个奇偶校验位，用来检测数据是否有误。

例如，如果一个设备要发送一个ASCII码为65的字节，即字符A，它会按照以下顺序输出电压差：

- 起始位：低电平

- 数据位：01000001

- 停止位：高电平

如果接收端收到了这个信号，并且波特率相同，它就可以还原出字符A。

总结

本文介绍了两种工业上常用的信号方式：4-20毫安的电流信号和RS485的差分信号，以及它们的原理、优点和应用。这两种信号方式各有其适用场合，可以根据实际需求选择合适的信号方式来实现设备之间的数据传输和控制。