Stromschleife

Stromschleife - ist eine Zweidraht-Datenübertragungsschnittstelle, wobei die Daten in dem aktuellen Wert gesetzt werden.

dank

Vielen Dank an Michael Hooke für interessante Bücher. Sobald der Autor beginnt das Studium der modernen Elektronik mit der Enzyklopädie und Publikationen dieses bemerkenswerten Mannes. Ohne das Internet hatte Lehrbücher geduldig die Seiten seiner Hände drehen, und die Maus lief vor allem im Teilfeld.

muRata Unternehmen bietet kontinuierlich Leser mit frischen Informationen, so wird nun über Neuigkeiten und Leser informiert. Die betroffenen Produkte wurden bereits im Abschnitt über Reed-Sensoren genannt. Wir sprechen über die neueste Entwicklung - RedRock.

Die Notwendigkeit einer Schleife

4-20 mA-Stromschleife ist gemeinsames Protokoll überträgt Sensorinformationen betrachtet. Die Industrie ist oft notwendig, physikalische Parameter zu messen, zum Beispiel:

• Druck;
• Temperatur;
• Der Flüssigkeitsstrom.

Die Notwendigkeit ergibt sich ständig, wenn die Information über Entfernungen von mehreren hundert Metern oder mehr übertragen werden. Stromschleife wird als langsame digitale Schnittstelle sein, und dies ist aufgrund der Ladekapazität des Kabels Quelle (die sich mit zunehmender Frequenz manifestiert), für analoge oder digitale Geräte ganz Möglichkeiten fehlt. Die Sender werden mit Batterien von 12 (selten) oder 24 zugeführt (die meisten). Letztere erlauben ferner die Informationen in einem sinnvollen Parameter übertragen, wird der Strom, anstatt Spannung. Je länger die Leitung, desto größer ist der Spannungsabfall.

In diesen irreführenden technischen Lösungen haben eine Reihe von Nachteilen. Zum einen ist es notwendig, ein abgeschirmtes Kabel zu verwenden, und zum anderen eine Erhöhung der Distanz führt zu einer starken Abnahme des Wirkungsgrads. Typische Stromschleife besteht aus vier Komponenten:

1. Stromversorgung. Beliebiger Ort.
2. Empfänger oder Monitor.
3. Ein Sender (Sensor).
4. Spannungswandlerstrom.

Die Sensoren geben Informationen proportional zu dem gemessenen Parameter, durch Spannung dargestellt. Deshalb müssen wir in der aktuellen Transformation tun. Dann wird die Information entweder durch den Pegel des Stroms codiert werden, oder in binärer Form: 4 mA - 20 mA Null - edinichka. Auf der Empfängerseite der Daten entschlüsselt.

Digitale Fans sagen, eine niedrige Geschwindigkeit Schleife. In der Tat, wenn die Wärmekapazität von 75 pF / m Kilometer den Segmentleitern bildet einen Kondensator mit einem Nominalwert von 75 nF. Mit steigender Frequenz der Widerstand sinkt, wird die Wirkung der Glättung und Filterung nicht das Recht geben, mit der Information, zu arbeiten. Für 19 ms Kondensator vollständig von 5V gefüllt, wodurch Begrenzung der kbit / s 9.6 bemerkt.

Eigentlich ist die Stromschleife als veraltet angesehen Protokoll an seiner Stelle bereit Andere massiv eingesetzt, zum Beispiel, MIDI und wenig bekannt für die breite Öffentlichkeit industriellen HART-Schnittstelle.

allgemeine Informationen

Die erste Überraschung wird ein Mangel an einheitlichen Standards. Sie wurde die dominierende Protokoll 4-20 mA, 0-20 mA und 0-60 mA, keine harten und schnellen Regeln. Der Stromkreis kann keine Informationen übertragen werden. Wenn es ein Binär-Code ist, entspricht eine Einheit die Anwesenheit von einem Strom von 20 mA, abhängig von der Systemkonfiguration und Null - kein Signal oder das Vorhandensein von 4 mA. Wenn der Paketübertragungsleitungsbruch auftritt, wird er notwendigerweise durch einen Stop-Byte identifiziert.

Die Schnittstelle mit 50er Jahre ursprünglich codierten Einheit wie 60 mA DC verwendet. Daher ist die Systemeffizienz deutlich geringer. Loop 20 mA erschien im Jahr 1962 als Signal für den Fernschreiber - für Ferndruck Nachrichten (verbunden, um die beiden elektrischen Schreibmaschinen). Seit Anfang der 80er Jahre versucht, die aktuelle, nicht immer erfolgreich zu reduzieren. Wir entschieden uns, einen Kompromiss zu machen:

1. 4 mA bedeutet "live" Null. Für das System genau zu wissen, nicht, ob es ein Bruch im Netzwerk.
2. Das Gerät bleibt 20 mA.

Die Hauptbeschränkung ist die Datenübertragungsstrecke. Auf Einstellung wirkt Bitrate: Kilometer Entfernungen zu den zulässigen Datenübertragungsrate 9600 Bit / s. Oberhalb der 19,2 kbit / s-Leitung wird nicht verwendet. Als Ergebnis durch die elektrischen Parameter der Leitung und dem Rauschpegel der Bereich betroffen. Stromschleife würde auf der Idee des Fieldbus ersetzt werden, tatsächlich in Gebrauch kam einen Standard RS-485 heute (1983) - COM-Port-Option. Auch heute sind die Anschlüsse auf der RS-232-Protokoll werden mittels der Stromschleife verbunden sind, und auf der Empfangsseite wird notwendige Transformation vorgenommen. Manchmal arbeiten gewählte Drucker auf dem Protokoll. Angenommen, es gibt eine theoretische Grenze KBIS 115 / s, in der Praxis anwendbar auf 9600.

Die Besonderheit der Stromschleife - der Sender nicht achtet auf Stress. Macht ist anders. Die Hauptsache - den aktuellen Wert von 20 mA ausgelegt. Daher je länger die Leitung, desto geringer ist die Effizienz. Dies wird strikt durchgesetzt Regel. Es erfüllt periodisch Stromschleife mit galvanischer Trennung. Zu diesem Zweck einen Optokoppler und ähnliche Halbleiter-Design.

Normalerweise abgeschirmtes Kabel verwendet wird, um parallele kapazitive Einstreuungen zu vermeiden, was nicht möglich ist, zu kompensieren oder zu verfolgen. Um ein Netzwerk zu erstellen gut geeignet Shielded Twisted Pair. Durch die enge Verflechtung von Drähten, beseitigt es die äußere Störung in Form von induktiven und Gleichtaktstörungen. einen Duplexkanal mit zwei verdrillten Schnittstelle programmgesteuert über XON / XOFF-Methoden zu schaffen. Worthy spezialisierte Anwendungen umgehen die Schwierigkeit, eine Pre-Übertragung und Antworten Abfragen zu erstellen.

Beim Empfänger wird der Strom in einer Spannung mit einem Widerstandsteiler umgewandelt. In Abhängigkeit von der angelegten Spannung Widerstand 125-500 Ohm. Manchmal auf der Seite des Senders oder des Empfängers wird gesetzt Adapter (Sendesignal) an den seriellen COM-Port-Schnittstelle. Der Spannungsabfall über den Widerstand wird durch das Ohmsche Gesetz berechnet, beispielsweise für den Sollwert 250 Ohm beträgt 250 x 0,02 = 5 V. Dementsprechend muss der Empfänger kann auf dem gewünschten Niveau zu kalibrieren.

Gegebenenfalls Stromschleife

1. Kontrolle der technologischen Prozesse. Bei der Herstellung einer 4-20 mA Stromschleife wird die Hauptanalogschnittstelle betrachtet. Es wird verwendet, „live“ Null, wenn das völlige Fehlen eines Signals ein Zeilenumbruch ist. Strom von 4 mA wird manchmal als Energie für den Sender oder Sensor-Eingangssignal moduliert und zurück als Information verwendet wird. Es gibt Ketten, wo die Batterie getrennt ist, wenn es Signal moduliert wird. Weder der Empfänger noch der Sender keine eigene Energie ausgeben.
2. In den Tagen der analogen Stromschleife Telefonie blieb die Lieblings-Schnittstelle zum Anschluss. Und heute mehr schlägt den Stromleiter in den Wohnungen. Hier wird das Telefon von der Station mit Strom versorgt und moduliert ein Signal einen Anruf zu tätigen. Wie bei dem oben beschriebenen Sensor. Diese Linien blieben als Erbe vergangener Zeiten. Zum Beispiel verwendet das Unternehmen Bell System DC-Stromversorgung bis zu 125 V.
3. Die Stromschleife wird manchmal verwendet, um die Informationssignalpegel zu übertragen. Beispielsweise 15 mA bedeutet "brennen", 6 mA - "alles in Ordnung", 0 mA - Zeilenumbruch. Jeder Kleinstadt-Hersteller legt seine eigenen Regeln und verwendet das Protokoll.
4. In Telefonie über eine Stromschleife kann durch die Basisstation gesteuert werden. Dies wird als „Fernbedienung DC“ genannt. Zum Beispiel Motorola MSF-5000 verwendet einen konstanten Strom von 4 mA für die Übertragung von Dienstsignalen. Ein Beispiel für ein solches Protokoll:

• Kein Strom - Verhalten Empfang auf Kanal 1.
• 6 mA - 1-Sendekanal.
• -6 mA - 2 Informationen über Kanal empfangen.
• -12 mA - auf dem 2-Kanal passieren.

MIDI-Schnittstelle

MIDI-Format ist unter Musikern beliebt, ein spezialisiertes digitales Audio-Protokoll. Auf der physischen Ebene ist es nach der mA Schema 5 Stromschleife organisiert. Natürlich direkt aufgrund der Differenzeinheit Ebene übertragen Standard zwei sind nicht kompatibel. Laut Michael Hooke, MIDI wurde 1983 entwickelt und hat sich die De-facto-Herrschaft der Verbindung von Synthesizern werden.

Wikipedia berichtet, dass im Juni 1981 Roland Corporation ist ein wichtiger Hersteller von Synthesizern eingereicht hat - Obergeym Electronics - eine Standard-Schnittstelle Idee. Bereits im Oktober Smith Obergeym Kakihashi und diskutierte sich mit dem Board Yamaha, Korg und Kawai, und demonstrierte die erste praktikable Option im November AES Ausstellung der Gesellschaft.

Zwei Jahre der Schnittstelle überarbeitet werden, und im Januar 1983 trat Smith über MIDI zwei Analog-Synthesizer. Es ist möglich, direkt Anordnung zu pumpen und neue Songs zu erstellen. Später MIDI-Dateien zur Unterstützung der Windows-Betriebssystem eingeführt, so dass die Autoren direkt in Verarbeitungs Tönen in Eingriff, so dass sie mit neuen Spezialeffekten zu sättigen, die im Original nicht vorhanden sind Synthesizer. Die Einführung von Proben verschiedenen Instrumente ermöglicht es den Spieler die Musik von beliebiger Komplexität zu spielen.

Die Verwendung von MIDI

Die MIDI verwendete physikalische Leitungen auf 5 mA. Rare 10. Isolation durch Optokoppler. Ein charakteristisches Merkmal des erkannten Inversionssignal:

1. Es gibt Strom.
2. Kein Strom.

Daher ist MIDI nicht direkt kompatibel mit der herkömmlichen Stromschleife. Die physikalische Schnittstelle hat viele gesehen, aber nicht wissen, den Namen. Outlet stellt visuell eine dielektrische Platte mit einer Seitenschnitt Öffnungen 5 um den Umfang angeordnet sind (DIN). Der Design-Bildschirm wird durch einen Kreis bedeckt. Musiker machen drei Arten von Schnittstellen:

1. MIDI-In.
2. MIDI-Out.
3. MIDI-Thru.

MIDI-Port ist manchmal notwendig, auf dem Motherboard eines Computers. Physikalisch ist es verwendet wird in der normalen Betriebsart nicht verwendet wird, Kontakte 12 und 15 Ports DB-15S Spieladapter. TTL-Logik hier verwendet wird, wird ein Adapter benötigt, um mit dem Standard-Synthesizer-Protokoll Schleife Andocken. Wandlerschaltung ist nicht zu kompliziert, umfasst einen Optokoppler, eine Diode, eine Reihe von logischen Elementen.

MIDI-Port wird über UART als seriellen COM-Schnittstelle programmiert. Im Verkauf sind Soundkarten mit MIDI oder separaten Erweiterungskartensteckplätze auf freiem Fuß sind.

Das HART-Protokoll

Diese Entwicklung Protokoll Fieldbus, massiv in der Industrie verwendet. Sauberkeitsschicht wird 4-20 mA-Stromschleife und damit verdrillten verwenden kann, von veralteten Protokollen übrig. Zunächst hielt ich Standard-Kommunikationsschnittstelle ukzospetsializirovannym, sondern ging im Jahr 1986 der Öffentlichkeit präsentiert. Die Übertragung von HART kommt komplettes Paket, mit der Zusammensetzung:

1. Präambel - 5-20 Bytes. Er dient zur Synchronisierung und den Träger zu identifizieren.
2. Start-Byte - 1 Byte. Gibt die Bus-Master-Nummer.
3. Adresse - von 1 bis 5 Byte. Zugeordnet zu dem Meister, und der Knecht ist ein besonderes Merkmal des Batch-Modus.
4. Expansion - von 0 bis 3 Bytes. Seine Länge ist in dem Start-Byte angegeben.
5. Team - 1 Byte. Die Tatsache, dass der Diener erfüllen muss.
6. Die Anzahl der Bytes von Daten - 1 Byte. Datenfeldgröße in Byte.
7. Daten - von 0 bis 255 Bytes. Die Daten für das Verfahren zu lesen.
8. Checksum - 1 Byte. Es enthält das Ergebnis der logischen Operation XOR alle Bytes mit Ausnahme der Start- und Enddaten Block.

Selbstverständlich ist die Paketstruktur für digitale Geräte typisch, erfordert für die richtige Interpretation der Befehlsausführung.