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工业触控一体机-接口介绍
来源: | 作者:LANXUS | 发布时间: 2023-08-24 | 788 次浏览 | 分享到:

工业一体机都有哪些接口,这些接口都有什么用?今天我们来介绍一些工业一体机常用的接口。

工控一体机主要使用在工业环境,连接传感器、控制器以及各种开关、灯光,外部设备各式各样,所以,工控一体机通常有多种接口。

今天就工控一体机的各种接口做一下介绍,也算是一个基础科普,大家感兴趣或者有任何疑问,请关注联智通达公众号,我们将定期更新各种工业相关的技术资讯。

显示接口:

1、VGA:

VGA是视频图形阵列的意思,从CRT显示器时代至今一直在使用,不过VGA因为支持的分辨率一般只到1080P,所以,逐步被HDMI所取代。

 


2、HDMI:

HDMI是高清多媒体接口的意思,比较常见,现在一般的电脑主机都有,电视机也有HDMI,HDMI有标准、高速、超高速三个版本,一般认为HDMI1.4以下的版本为标准版本,1.4开始支持4K视频(30帧/秒),2.0开始支持真4K(60帧/秒),2.1版本传输速率达到48Gbps,支持8K视频,也可以传输10K视频。

HDMI是复合型传输标准,可以同时传输音视频,当然具体要看视频源是否带音频。

在购买HDMI数据线时,不能只看价格,要看具体应用场景,看输出和输入设备支持什么标准,高版本向下兼容,所以,不缺预算时可以买高版本的HDMI线。

 

3、DP接口:

DisplayPort跟HDMI很像,也可以同时传输音频和视频,采用微报文的方式进行传输,最新版本可以达到80Gbps,是HDMI2.1的1.6倍,是目前常用显示技术最高的,目前在工业领域用的比较少。

 

4、雷电接口

雷电接口(Thunderbolt)是Intel公司推的一种高速双向传输接口,特点是双向速度可以达到10Gbps,雷电接口也有光纤版本,速度可达到100Gbps,不过电缆版本的可以同时向外供电,最高10W负载。

最新的雷电接口已经改用Type-C接口,雷电接口一般用在笔记本等产品,用于高速数据传输,目前也很少用在工业领域。


5、其他板内显示接口

工业主板上还有一些内置的显示接口,如:LVDS、EDP、MIPI等,这些接口主要针对板间连接的,或者说连接一体机显示屏的,对于工业触控一体机来说,属于内部接口,在此不再赘述。

 

工控一体机通信接口

以太网接口(RJ45)大家都很熟悉,不是本文要讲的内容,本文根据联智通达工业触控一体机的产品规范,讲述工业控制中常用的数据接口。

1、TTL:

先普及一下最基础的常识,TTL就是晶体管和晶体管逻辑的简称,换句话说就是计算机运行的最基础的逻辑(计算机实际上就只认识1和0),在此基础上,芯片与芯片之间、设备与设备之间等数字化系统都采用的基础逻辑,现在要说的TTL指的是设备对外接口的基础电平,一般5V表示1,0V表示0。一般PCB内部会使用3.3和1.8V作为电源,逻辑电平也会因此调整,芯片内部电平会更低,但逻辑都一样,高电平表示1,低电平表示0。

在逻辑1和逻辑0的基础上,延申出来各种通信方式和通信标准,可以简单分为并行和串行通信的方式,一次传1位叫串行通信,简称串口,多条线同时传,每次可以传多位,叫并行通信,简称并口。

这里有一个有意思的问题:并行通信和串行通信方式哪个方式速度更快呢?为什么?

这个问题欢迎在评论区留言,下次视频会解答这个问题,想知道这个问题结论,请关注联智通达公众号。

串行通信基本原理:


并行通信基本原理:

 

2、GPIO:

GPIO是通用型输出输出接口,GPIO一般采用TTL电平输入和输出信号,该信号通常作为一些开关信息的输入和输出,可以理解为按位控制的接口,比如GPIO输出一位信号,默认为5V,表示1,对地短路后电平为0,表示0,也可以说是表示两种状态。GPIO一般用来输出状态标志或者接收外部设备的状态信号,建议电平用5V,最低不低于3.3V。

 

3、继电器输出:

继电器输出开关信号,继电器采用电压控制弹片吸合状态来控制开关,继电器有多种,原理一样,最常见的就是单刀双掷继电器,当继电器没有通电时,金属弹片和NC脚短路,当继电器通电时,金属弹片被吸附到NO这一边,则COM口和NO口短路,COM口和NC口断开,所以,单刀双掷继电器由三线输出,常闭(NC)、公共端(COM)、常开(NO),使用时根据需要来使用。

继电器主要参数为驱动电压、负载能力,驱动电压由主板电路确定,负载能力根据需要选择。


4、TTL串口:

TTL串口是芯片对外的主要的一种通信方式,主要用于板内和板间通信。

几乎所有的可编程芯片都带TTL串口,TTL串口就是基于TTL电平的串行通信接口,通常由发送端、接收端以及地线构成,发送数据时按位一位一位的发送,发送和接收独立,并可以同时进行,所以,也是全双工工作模式。

 

TTL串口可以通过芯片转换成其他串口或者其他通信方式,如:RS232、RS485/RS422等。

由于受通信材质、环境干扰等影响,传输距离都是有限的,所以,衍生了各种有利于长距离传输的通信标准,如RS232可以传30米左右,RS485可以传1200米左右。

 

5、RS232串口:

RS232串口是上世纪70年代制定的标准,一直沿用至今,232串口用-5~-15V表示逻辑1,+5~15表示逻辑0,这么简单理解为232采用了负压表示1,正压表示0,同时驱动电压更高,所以传输距离更远,最远可以传30米左右。

标准的232接口,原本是有25芯信号的,除了接收端(RxD)和发送端(TxD)外,还有很多其他控制信号,后来被优化成9芯信号,但实际工业应用中,基本只会用到接收端(RxD)、发送端(TxD)以及地线(GND)。



6、RS485串口:

尽管RS232串口将传输距离延长至30米,实际应用中,还是有很多场景无法满足,RS485接口采用了A、B两条线进行差分信号传输,接收端以两线之间的电平差值判断电平高低,+(2-6V)表示1,-(2-6V)表示0,在传输过程中,一旦线路受到干扰,则两条线都会受干扰,理论上AB两线的电平差值不会变化,所以,抗干扰能力强,事实上,在1200米距离下还能达到100Kbps的速度。

RS485串口采用主从模式通信,一主多从,理论上可以接128个设备甚至更多,主要取决于驱动芯片和信号质量。联智通达的工业触控一体机,至少带有一个RS485接口,一般还可以扩展多个,可以根据需要定制。

RS485在工业领域应用广泛,对RS485总线的应用,也常常出现各种各样的问题,网上有各种不同的说法,比如材质、接地线(GND)等,联智通达的工控产品经历过各种环境考验,总结了非常多的现场经验,我们会专门录制关于485总线的视频,讨论在使用中的各种问题以及解决方案,关注联智通达公众号,方便收看后续节目。



7、CAN总线:

控制器局域网总线(CAN,Controller Area Network)是一种用于实时应用的串行通信总线,它可以使用双绞线来传输信号,是世界上应用最广泛的现场总线之一。

CAN总线的基本原理和RS485有点像,差分传输、半双工形式工作,但又不是主从方式,采用帧格式传输,每一帧数据都包含数据和控制信息,总线上的每一个设备都可以主动发起数据,传输过程中的竞争机制是靠数据帧协议完成的。

CAN总线的设备数量一般在32个以内,主要取决于信号质量,如果信号质量好,还可以接更多设备。

需要注意的是,一般X86主板上不带CAN总线输出,ARM主板一般都带CAN总线接口。

 

8、音频接口

工控机上的音频接口和一般电脑的音频接口差不多,就不再赘述,但可以说一下音频相关的接口差异。

²  Line-in:线性输入,一般音响使用的接口,输入阻抗10KΩ;

²  Line-out:线性输出,对应线性输入;

²  MIC-in:麦克风输入;

²  MicPhone:耳机接口,也叫EP(EarPhone),一般EP接口包括输入和输出。

Line-in和MIC的区别:Line-in/out是用于功放的,其信号没有经过放大器放大,很难直接驱动无源耳机,一般连接有源设备;MicPhone或EP则是可以直接驱动耳机和一些小功率无源喇叭的。简单理解就是两种信号的强弱不一样。


9、接地端子(GND)

对于工控产品来说,良好的接地非常重要!

我们知道静电对设备伤害很大,特别是干燥的冬天,更容易产生静电,工业环境更容易产生静电,静电释放时会产生较大的感应电压,这种电压如果接触到设备电路板,容易烧坏电路板上的元件,所以,需要通过接地进行保护,良好的接地可以避免设备主板被烧坏。

联智通达的所有工业产品,都设计了接地端子,要求用户在使用时必须接地,联智通达的所有工业触控一体机都能满足接触4KV/空气8KV的静电冲击,良好接地可以实现接触8KV静电冲击,产品的高标准不是工程施工简化的理由,所以,项目实施必须按照安规标准执行。

关于静电问题也是一个值得专题讨论的话题,我们会在后面专门录制相关视频,关注我们,帮你解决现场应用的技术问题。


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