2020-03-24 21:07:58 佚名

矿山电气小东

4-20mA是工业上常用的标准电流信号，但是电流信号是模拟量信号，模拟信号要转化为无线传输需要首先转换为数字量信号。题目要求抗干扰能力强、传输距离远，而且是无线传输。传输距离在无线传输方案的确定中起着主导性的因素。猜测题目针对的应该是矿用、井下环境。

1 模拟量转化为数字量输出

这一部分的内容较为简单，由于4-20mA是标准的信号，处理起来比较容易。可以考虑两种方案。第一种方案是AD采样，电流信号经过一个精密的采样电阻可以转化为电压信号，如100Ω的精密电阻，可以转化为(0.4-2)V的电压信号，单片机采集该信号即可转化为数字量信号。第二种方案，可以采用现成的(4-20)mA/RS485信号转换器。后期只需要将R485接口的数据转化为无线信号即可。

2 无线传输方案的选择：蓝牙、Zigbee、Wifi

题目要求传输距离远，但是具体多远？适用在哪种工况环境？如果只是十几米百米左右的距离且地面空旷可以选择蓝牙传输、Zigbee传输或者wifi传输。从传输距离上来讲：wifi>Zigbee>蓝牙，从传输速率上来讲：wifi>蓝牙>Zigbee，从功耗上来说wifi>蓝牙>Zigbee。其中Wifi和Zigbee都是可以组网的，这在工业控制中非常占有优势。而蓝牙适合点对点连接。因为4-20mA是工业上常用的信号，所以wifi和Zigbee的优势要大于蓝牙。对于WiFi和蓝牙的对比，需要具体参考现场环境。

如果传输距离在公里级别，可以考虑Lora，这是一种低功耗的无线局域网标准，传输距离可以达到数公里，在同功耗的条件下，其传输距离要远远大于其他射频通信的传输距离。是否能适用题目要求，还是要看工况环境。

2 无线传输方案的选择：4G通讯

说到移动通讯，我们首先想到的就是打电话，现在5G技术迅猛发展，尤其是华为推出了5G工业模组MH5000，但是从成本而言5G的方案需要慎重考虑，不过可以考虑4/3/2G。除了打电话、移动上网，移动通讯在工业环境中发展的也非常成熟。各大运营商所推广的互联网卡就是主要应用在工业环境中的。所以，可以考虑4G的方案。模拟电流信号转化为数字量信号后被单片机采集，单片机通过UART和4G模块连接，再将所采集到的信号发送给4G模组，即可起到信号远传的作用。但是这个方案适用于有移动基站的地方，只要有基站，距离不是问题。所以，在地面环境当中可以考虑，但是如果是矿井之下，就不一定适用了。

现在技术的问题不大，主要看需求和工况环境，如果是地面上无线信号传输，可以根据距离和工况选择蓝牙、wifi、Zigbee、Lora以及4G等传输方式。如果是煤矿井下环境的话，则需要考虑工况环境，如果井下装有矿用基站，则匹配基站即可。

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玩转嵌入式

4-20MA信号是IEC规定的过程控制标准模拟信号，我过为3型仪表制式，因为是电流传送，只要导线内阻加负载电阻*20MA后，小于规定的上限电压就可以，是专们远传用的，比2型表的0`10MA不同的是可以克服零点死区，干扰不大的情况也无须屏蔽，负载端也可加一250欧电阻形成1~5V电压信号给接受的二次仪表。

4-20ma模拟量信号传送用什么导线没有具体要求，可以根据传输的距离和使用环境而定。

环境内干扰信号强就要用带屏蔽层的线，距离远就要加大线径，避免信号衰减就好。要经过高温环境就要耐高温绝缘的，随环境变化而定的东西，随机处理。因为是电流传送，只要导线内阻加负载电阻*20MA后，小于规定的上限电压就可以。

专门远传用的，比如2型表的0`10MA不同的是可以克服零点死区，干扰不大的情况也无须屏蔽，负载端也可加一250欧电阻形成1~5V电压信号给接受的二次仪表。

模数转换器是将模拟信号转换成数字信号的系统，是一个滤波、采样保持和编码的过程。模拟信号经带限滤波，采样保持电路，变为阶梯形状信号，然后通过编码器，使得阶梯状信号中的各个电平变为二进制码。