2020-03-24 21:07:58 佚名

礦山電氣小東

4-20mA是工業上常用的標準電流信號，但是電流信號是模擬量信號，模擬信號要轉化為無線傳輸需要首先轉換為數字量信號。題目要求抗干擾能力強、傳輸距離遠，而且是無線傳輸。傳輸距離在無線傳輸方案的確定中起著主導性的因素。猜測題目針對的應該是礦用、井下環境。

1 模擬量轉化為數字量輸出

這一部分的內容較為簡單，由於4-20mA是標準的信號，處理起來比較容易。可以考慮兩種方案。第一種方案是AD採樣，電流信號經過一個精密的採樣電阻可以轉化為電壓信號，如100Ω的精密電阻，可以轉化為(0.4-2)V的電壓信號，單片機採集該信號即可轉化為數字量信號。第二種方案，可以採用現成的(4-20)mA/RS485信號轉換器。後期只需要將R485接口的數據轉化為無線信號即可。

2 無線傳輸方案的選擇：藍牙、Zigbee、Wifi

題目要求傳輸距離遠，但是具體多遠？適用在哪種工況環境？如果只是十幾米百米左右的距離且地面空曠可以選擇藍牙傳輸、Zigbee傳輸或者wifi傳輸。從傳輸距離上來講：wifi>Zigbee>藍牙，從傳輸速率上來講：wifi>藍牙>Zigbee，從功耗上來說wifi>藍牙>Zigbee。其中Wifi和Zigbee都是可以組網的，這在工業控制中非常佔有優勢。而藍牙適合點對點連接。因為4-20mA是工業上常用的信號，所以wifi和Zigbee的優勢要大於藍牙。對於WiFi和藍牙的對比，需要具體參考現場環境。

如果傳輸距離在公里級別，可以考慮Lora，這是一種低功耗的無線局域網標準，傳輸距離可以達到數公里，在同功耗的條件下，其傳輸距離要遠遠大於其他射頻通信的傳輸距離。是否能適用題目要求，還是要看工況環境。

2 無線傳輸方案的選擇：4G通訊

說到移動通訊，我們首先想到的就是打電話，現在5G技術迅猛發展，尤其是華為推出了5G工業模組MH5000，但是從成本而言5G的方案需要慎重考慮，不過可以考慮4/3/2G。除了打電話、移動上網，移動通訊在工業環境中發展的也非常成熟。各大運營商所推廣的互聯網卡就是主要應用在工業環境中的。所以，可以考慮4G的方案。模擬電流信號轉化為數字量信號後被單片機採集，單片機通過UART和4G模塊連接，再將所採集到的信號發送給4G模組，即可起到信號遠傳的作用。但是這個方案適用於有移動基站的地方，只要有基站，距離不是問題。所以，在地面環境當中可以考慮，但是如果是礦井之下，就不一定適用了。

現在技術的問題不大，主要看需求和工況環境，如果是地面上無線信號傳輸，可以根據距離和工況選擇藍牙、wifi、Zigbee、Lora以及4G等傳輸方式。如果是煤礦井下環境的話，則需要考慮工況環境，如果井下裝有礦用基站，則匹配基站即可。

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4-20MA信號是IEC規定的過程控制標準模擬信號，我過為3型儀表制式，因為是電流傳送，只要導線內阻加負載電阻*20MA後，小於規定的上限電壓就可以，是專們遠傳用的，比2型表的0`10MA不同的是可以克服零點死區，干擾不大的情況也無須屏蔽，負載端也可加一250歐電阻形成1~5V電壓信號給接受的二次儀表。

4-20ma模擬量信號傳送用什麼導線沒有具體要求，可以根據傳輸的距離和使用環境而定。

環境內干擾信號強就要用帶屏蔽層的線，距離遠就要加大線徑，避免信號衰減就好。要經過高溫環境就要耐高溫絕緣的，隨環境變化而定的東西，隨機處理。因為是電流傳送，只要導線內阻加負載電阻*20MA後，小於規定的上限電壓就可以。

專門遠傳用的，比如2型表的0`10MA不同的是可以克服零點死區，干擾不大的情況也無須屏蔽，負載端也可加一250歐電阻形成1~5V電壓信號給接受的二次儀表。

模數轉換器是將模擬信號轉換成數字信號的系統，是一個濾波、採樣保持和編碼的過程。模擬信號經帶限濾波，採樣保持電路，變為階梯形狀信號，然後通過編碼器，使得階梯狀信號中的各個電平變為二進制碼。