許多傳感器都有模擬輸出和數(shù)字輸出可選.如何在它們之間選擇?
傳感器通信方式的選擇其實主要考慮的是通信傳輸?shù)囊螅皇莻鞲衅鞅旧怼?/p>
模擬量的最大好處是直觀，信號沒有經(jīng)過取樣編碼和調制，可以直接用萬用表測量。反觀總線，所有行為都由電子元件根據(jù)復雜的協(xié)議來控制，信號經(jīng)過編碼和調制隱藏在一個個數(shù)據(jù)幀內，沒有專業(yè)人員專業(yè)工具也是無法解析的。在現(xiàn)場遇到一路不正常工作的模擬信號可以很淡定得拿著萬用表一點點去排查。可是遇到總線問題往往會很頭疼。
另一個優(yōu)點是，對設計和安裝的質量有一定彈性。也就是說設計選型上的一些不合理，安裝上的小錯誤往往不會導致模擬信號完全失效，而是相應得降低信號的質量和可靠性。例如，線纜不符合規(guī)范，接插件不符合標準，屏蔽沒有做好，參考電位錯誤都不會完全沒信號，只是信號會出現(xiàn)相應衰減，噪聲，偏置或不穩(wěn)定。根據(jù)癥狀去排查問題大多都能找到癥結。即使是反接，短路，斷線也都會有明顯的癥狀可以排查。而總線作為數(shù)字通信，尤其是在工業(yè)現(xiàn)場這樣的實時系統(tǒng)里，基本上是沒有中間狀態(tài)的，要么完全正常，要么完全不工作。而線纜，插頭，屏蔽，距離，拓撲，程序配置，傳感器電路，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都有可能造成同一個結果，通信完全建立不起來。。。這就比較尷尬了。能做的只有，把所有環(huán)節(jié)都挨個過一遍甚至一一重做，重新編譯程序，換線換插頭，重啟，希望能突然正常。第三個優(yōu)點，學習成本低。懂得最基本的直流電路就可以理解，初中物理就足夠了。總線這邊，想要做到精通，可以處理各種問題，可以進行個性化的設計，至少網(wǎng)絡七層模型是要懂的，還要有一定軟件工程的能力。此外模擬信號從傳感器到線路到信號采集的成本都比總線系統(tǒng)低很多。
以上這幾點使得模擬信號非常適合低成本小型系統(tǒng)，以及樣機原型機這樣這樣不確定性比較大的系統(tǒng)。否則，面對一個總線不通的原型系統(tǒng)，可以出問題的地方太多了，非常頭疼。然后再來看看總線的優(yōu)點，這樣廣泛應用的東西不可能都是缺點。
第一，抗干擾。總有人認為總線通信反而沒有模擬信號抗干擾這實際上是個很大的誤區(qū)。從基本原理上，首先數(shù)字信號只有兩個狀態(tài)，并且大多數(shù)總線的物理層協(xié)議都要求兩個狀態(tài)的觸發(fā)閾值電平離得比較遠。例如1是0.5~1V, 而0是4.5~5V，這樣隨機噪聲就有了很大的緩沖區(qū)間。即使是真的發(fā)生了真假顛倒的錯誤，鏈路層以上各層的校驗機制也會發(fā)現(xiàn)錯誤丟棄有問題的數(shù)據(jù)，出發(fā)協(xié)議中相應的機制重傳或延遲刷新。可以說總線系統(tǒng)是不會在通信環(huán)節(jié)引入噪聲干擾的。而模擬量通道是沒有辦法區(qū)分當前信號是不是正確可信的，正是這一點造成了模擬信號抗干擾的錯覺，因為即使是被干擾的信號也被接受了。同時總線在物理層會嚴格要求接插件，線纜，終端電阻和屏蔽，這些要求實際上是強制規(guī)范了抗電磁干擾的性能。而模擬電路人為因素太大了，而且對設計工作會造成很大負擔，要考慮的東西很多，即使每一點都做到完美，也總是會在通信環(huán)節(jié)引入噪聲，這是熱力學定律的鐵律，模擬信號通信部分的實質就是電能在導體上的被動傳輸，熵總是增加的。因此在運動控制領域，力，位移，速度這些信號精度要求很高，這些系統(tǒng)往往又存在伺服驅動器，伺服電機這些電磁干擾源，能選總線是一定要盡量選擇總線的。
第二，可靠性高。上面也說了，總線系統(tǒng)的物理層協(xié)議對從設計到安裝的各個環(huán)節(jié)提出了標準化要求。在之前我把這個作為了和模擬信號比較的缺點，實際上從另一個角度看，這些規(guī)定都是有原因的。有些是為了抗干擾，有些是為了可靠性和耐久性，有些是為了元件質量或安裝工藝的標準化。這些都是無數(shù)工程應用經(jīng)過多年的經(jīng)驗結晶，來幫助我們規(guī)避可能的隱患和錯誤。
第三，串行通信，可中繼交換大大減少了電氣系統(tǒng)中的線束，并擴展了范圍。模擬信號一百個傳感器就要有一百根線纜，像蜘蛛網(wǎng)一樣從四面八方匯集到IO所在的電柜，而對總線系統(tǒng)來說合理的拓撲設計會使布線非常簡單，不管多少傳感器，總是就近匯集到一根或兩根（環(huán)狀拓撲）線纜上。不管多復雜的系統(tǒng)都是一樣簡潔。這對布線和電柜設計非常有利。同時，通過符合要求的中繼設備，傳感器可以距離IO非常遠。相對的模擬量信號線路允許的線路長度往往比較有效（也可以通過隔離器中繼但是成本高且復雜）。以上這些特性決定了對IO繁雜，分布范圍大，電磁環(huán)境惡劣，可靠性要求高，標準化程度高的系統(tǒng)而言，總線要遠遠好于模擬信號。
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