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传感器基础结构与通信原理

1.传感器组成:敏感元件、转换元件、电子线路

敏感元件:直接感觉被测量并确定关系输出的物理量,如弹性敏感元件将力转换为位移或应变输出。

转换元件:将敏感元件输出的非电物理量(如位移、应变、光强等)转换为电量参数(如电阻、电感、电容等)。

基本转换电路:将电路参数转换为电压、电流、频率等便于测量的电量。

2.传感器常见指标:

a.精度:用于描述测量结果与真实值之间的偏差程度,常用的极限误差或极限误差和满程FS百分比表示

b.重复性:表示重复输入相同的测量,测量结果的一致性。

c.线性度:表示传感器理想工作曲线与实际工作曲线间的偏差,常用两曲线间的最大偏差值与最大量程之比来描述传感器的线性度。

d.灵敏度:输出增量与输入增量之比,它是传感器静态特性的重要指标。

e.分辨率:当传感器的输入从非零值缓慢增加时,输出在超过一定增量后发生可观测的变化,称为传感器的分辨率,即最小输入增量。

3.通信方式:按点对点收发方式分类

a). 单工:数据传输是单向的。在通信双方中,一方固定为发送端,另一方固定为接收端。信息只能沿一个方向传输,并使用一个传输线。

b). 半双工:半双工数据传输指数据可以在信号载体的两个方向传输,但不能同时传输。RS-485标准是半双工通信协议。

c). 全双工:又称双向同时通信,是指在通信的任何时刻,线路都可以同时存在A到B和B到A双向信号传输。发送器和接收器设置在通信系统的每一端。RS422,RS232标准就是全双工通信标准。

4. 开放式系统互联(OSI模型)

开放式系统互联网将网络通信工作分为7层,1至4层被认为是与数据移动密切相关的低层。5到7层是高层,包括应用程序级数据。每层负责具体工作,然后将数据传输到下一层。其模型如下:

(1)物理层:布线、光纤、网卡和其它用来把两台网络通信设备连接在一起的东西。

(2)数据链路层:数据链路层是加强物理层传输原始比特流的功能,将物理层提供的可能错误的物理连接转化为逻辑上无错误的数据链路,为该层用户提供透明的和可靠的数据传送点对点协议、以太网协议、高级数据链接协议等基本服务

(3)网络层:进行数据分析和路由,选择合适的网络路由和交换结点, 确保数据及时传输。网络层将数据链路层提供的帧组成数据包,包括包含逻辑地址信息的网络层包头- -网络地址,源站点和目的站点地址。

(4)传输层:是整个协议层次结构的核心,是唯一负责整体数据传输和控制的层次。

(5)会话层:在会话层或以上的高层中,数据传输单位不再另行命名,统称为报纸。会话层不参与具体的传输,提供建立和维护应用之间的通信机制,包括访问验证和会话管理。

(6)表示层:解决用户信息的语法表示问题,提供格式化的表示和数据转换服务。表示层负责数据的压缩和解压、加密和解密。

(7)应用层:在应用程序中应用数据,确定流程间通信的性质,满足用户需求,并在网络和用户应用软件之间提供接口服务。SMTP、DNS、Modbus和FTP等

5.市场上常用传感器使用的物理协议比较:

RS232

RS422

RS485

通信方式

全双工,1对1单端通信

全双工,总线制差分通信

半双工,总线制差分通信

常用线制

三线制:RXD、TXD、GND

四线制:接收x2,发送x2

两线制:发送,接收

最高波特率

19200bps

10Mbps

10Mbps

电平逻辑

负逻辑:

逻辑“1”:-5V~-15 V

逻辑“0”:+5 V~+15 V

噪声容量:2V

正逻辑:差分通信

逻辑“1”: +2V~+6V

逻辑“0”: -6V~-2V

正逻辑:差分通信

逻辑“1”: +2V~+6V

逻辑“0”: -6V~-2V

传输距离

理论传输距离标准值为15米,实际工程中最大传输距离也不超过30米

RS-422的最大传输距离为4000英尺(约1219米),与RS485类似

最远可达1200米左右,但传输速率与传输距离成反比,只有在100KB/s以下的传输速率,才能达到最大的通信距离,

总结:

1.由于RS-485是从RS-422基础上发展而来的,所以RS-485的性能和电气参数等与RS-422相仿。

2.由于RS 232采用单端通信,RS485,RS422采用差分通信,单端通信属于共地传输容易产生共模干扰,所以在共模抗噪声能力上,RS485/422优于RS232

3.由于RS232的电平逻辑为负逻辑,与TTL电平兼容,需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。

标签: 输入传感器原理

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