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传感器基础结构与通信原理

1.传感器的组成:敏感元件、转换元件、电子线路

敏感元件:直接感受被测量、并以确定关系输出物理量,如弹性敏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:将电路参数量转换成便于测量的电量,如电压、电流、频率等。

2.传感器常见指标:

a). 精度:用来描述测量结果与“真值”之间的偏差程度,常用极限误差或极限误差与满量程FS的百分比表示

b). 重复度:表示重复输入同一测量量,得到的测量结果的一致性程度。

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,是传感器静态特性的一个重要指标。

e). 分辨力:当传感器的输入从非零值缓慢增加时,在超过某一增量后输出发生可观测的变化,这个输入增量称传感器的分辨力,即最小输入增量。

3.通信方式:按照点对点的收发方式分类

a). 单工:数据传输是单向的。通信双方中,一方固定为发送端,一方则固定为接收端。信息只能沿一个方向传输,使用一根传输线。

b). 半双工:半双工数据传输指数据可以在一个信号载体的两个方向上传输,但是不能同时传输。常用的RS-485标准便是半双工通信协议。

c). 全双工:又称为双向同时通信,是指在通信的任意时刻,线路上可以同时存在A到B和B到A的双向信号传输。在全双工方式下,通信系统的每一端都设置了发送器和接收器。RS422,RS232标准就是全双工通信标准。

4.开放式系统互联(OSI模型)

      开放式系统互联是把网络通信的工作分为7层,1至4层被认为是低层,这些层与数据移动密切相关。5至7层是高层,包含应用程序级的数据。每一层负责一项具体的工作,然后把数据传送到下一层。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:数据链路层是对物理层传输原始比特流的功能的加强,将物理层提供的可能出错的物理连接改造成为逻辑上无差错的数据链路,向该层用户提供透明的和可靠的数据传送基本服务,如点对点协议,以太网协议,高级数据链路协议等

(3)网络层:进行数据解析和路由,选择合适的网间路由和交换结点, 确保数据及时传送。网络层将数据链路层提供的帧组成数据包,包中封装有网络层包头,其中含有逻辑地址信息- -源站点和目的站点地址的网络地址。

(4)传输层:是整个协议层次结构的核心,是惟一负责总体数据传输和控制的一层。

(5)会话层:在会话层及以上的高层次中,数据传送的单位不再另外命名,统称为报文。会话层不参与具体的传输,它提供包括访问验证和会话管理在内的建立和维护应用之间通信的机制。

(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转换数据服务。数据的压缩和解压缩, 加密和解密等工作都由表示层负责。

(7)应用层:将数据应用于应用程序,确定进程之间通信的性质以满足用户需要以及提供网络与用户应用软件之间的接口服务。如:SMTP、DNS、Modbus和FTP等

5.市场上常见传感器所应用的物理层协议对比:

总结:

  • 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。
  • 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。
  • 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。