作者：Michael Jackson和Brian Condell

如果您即將開始設(shè)計智能工廠傳感器，請閱讀這篇文章了解更多信息，從而盡可能快速高效地完成設(shè)計，使其能夠為更多客戶帶來裨益。這篇博文介紹了智能工廠傳感器（溫度和壓力）的設(shè)計理念，無論工廠流程中使用何種類型的現(xiàn)場總線或工業(yè)以太網(wǎng)，這些傳感器都能與PLC進行通信。

溫度傳感器有哪些選擇？

比較常見的溫度傳感器是2線、3線和4線電阻溫度檢測器(RTD)、熱電偶以及熱敏電阻，每種傳感器都有相對的優(yōu)點和缺點。如果時間充裕，您可以在種類繁多的信號調(diào)理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器IC中精挑細選，以構(gòu)建和調(diào)試定制模擬前端(AFE)。

有沒有更快完成設(shè)計的辦法？

如果時間很緊張，那么完全集成的AFE，例如AD7124或AD4130 Σ-Δ ADC（帶有集成PGA）可能是更好的選擇。假設(shè)您正在為需要熱電偶的應(yīng)用設(shè)計傳感器。在這種情況下，MAX31855是一款即用型熱電偶數(shù)字轉(zhuǎn)換器IC，而且還能執(zhí)行線性化處理和冷端補償。如果您正在規(guī)劃基于RTD的傳感器，請考慮使用MAX31865 RTD數(shù)字轉(zhuǎn)換IC。如果您沒有時間研究不同類型的傳感器，只是想設(shè)計一個傳感器來快速準確地提供數(shù)字溫度讀數(shù)，那么MAX31875或ADT7420數(shù)字溫度傳感器IC可以提供理想的“一站式”解決方案。這些器件將傳感器、AFE和線性化電路集成在一個封裝中，通過I2C連接到微控制器。圖1展示了多種不同選擇方案。

圖1–備選溫度傳感器信號鏈

壓力傳感器有哪些選擇？

應(yīng)變計和稱重傳感器常用于在壓力傳感器中產(chǎn)生電信號，AD7124和AD4130 AFE也可支持這些傳感器。或者，如果您不希望微控制器執(zhí)行線性化工作，則可以使用ADA4558橋式信號調(diào)節(jié)器IC來處理線性化（圖2）。

圖2–備選壓力傳感器信號鏈

傳感器傳統(tǒng)上如何連接到工業(yè)網(wǎng)絡(luò)？

通常，傳感器設(shè)計為使用單一現(xiàn)場總線或工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議進行通信。  然而，這種方法要求您在傳感器內(nèi)部包含一個網(wǎng)絡(luò)接口IC，因此成本會顯著增加，同時傳感器的適用群體也被限制為使用該協(xié)議的客戶。若要將傳感器用于另一個網(wǎng)絡(luò)，必須使用不同的接口IC重新設(shè)計傳感器，成本高昂且費時費力。此外，診斷功能的數(shù)量和類型因網(wǎng)絡(luò)類型而異（有些根本沒有診斷功能），如果您的傳感器只支持某種協(xié)議，客戶在安裝后要想維護傳感器或排查故障可能很困難。因此，設(shè)計的傳感器最好能夠適應(yīng)任何工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，這樣既能降低成本，又能拓展市場。

如何使傳感器“與網(wǎng)絡(luò)無關(guān)”？

您可以借助IO-Link®實現(xiàn)此目的，這是一種三線工業(yè)通信標準，旨在將傳感器和執(zhí)行器與工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)相連。在IO-Link應(yīng)用中，收發(fā)器充當物理層接口，連接運行數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的微控制器，同時支持數(shù)字輸入和輸出（高達24V）。IO-Link的優(yōu)勢在于可支持傳輸四種不同類型的信息，即過程數(shù)據(jù)、值狀態(tài)、設(shè)備數(shù)據(jù)和事件。這些信息可以指示傳感器故障，從而便于快速定位故障。MAX14828是一款低功耗IO-Link從站收發(fā)器，采用(4mm x 4mm) 24引腳TQFN封裝和(2.5mm x 2.5mm)晶圓級封裝(WLP)，可在-40℃至+125℃擴展溫度范圍內(nèi)使用。

IO-Link從站收發(fā)器如何與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信？

IO-Link從站收發(fā)器（通過電纜）與IO-Link主站進行通信，而主站通過協(xié)議接口IC（如用于工業(yè)以太網(wǎng)的ADIN2299）連接到工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。 MAX14819A是一款低功耗、雙通道、IO-Link主站收發(fā)器，帶有傳感器/執(zhí)行器電源控制器，完全符合新發(fā)布的IO-Link和二進制輸入標準與測試規(guī)范，即IEC 61131-2、IEC 61131-9 SDCI和IO-Link 1.1.3。

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關(guān)于ADI公司

Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司，致力于在現(xiàn)實世界與數(shù)字世界之間架起橋梁，以實現(xiàn)智能邊緣領(lǐng)域的突破性創(chuàng)新。ADI提供結(jié)合模擬、數(shù)字和軟件技術(shù)的解決方案，推動數(shù)字化工廠、汽車和數(shù)字醫(yī)療等領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展，應(yīng)對氣候變化挑戰(zhàn)，并建立人與世界萬物的可靠互聯(lián)。ADI公司2024財年收入超過90億美元，全球員工約2.4萬人。ADI助力創(chuàng)新者不斷超越一切可能。更多信息，請訪問www.analog.com/cn。

關(guān)于作者

Michael Jackson是SSG事業(yè)部的首席工程師，負責(zé)解決方案營銷。他擁有電子工程碩士學(xué)位。

Brian Condell是ADI公司的數(shù)字營銷工程師，工作地點在愛爾蘭利默里克。他于2003年畢業(yè)于利默里克大學(xué)，獲得電氣工程榮譽學(xué)位。他擁有超過25年的半導(dǎo)體行業(yè)工作經(jīng)驗，曾擔(dān)任多個職位。他是經(jīng)過TÜV Rheinland認證的IEC 61508硬件/軟件設(shè)計功能安全工程師。