模拟信号作为物理量可以取连续值，而数字信号则是由离散值组成，二者有所不同。数字信号总是会令人联想到在空间中漂浮的长串0和1:0101 0111 0100 1001 0100 1011 0100 0001 0011 1101 0101 0001 0111 0101 0110 0001 0110 1100 0110 1001 0111 0100 0110 0001 0110 0101 0111 0100。
大家肯定都已经听说过，CANopen这个术语是一种数字信号。CANopen是一种基于CAN总线的通信协议。自1995年以来，CAN in Automation(CiA)组织持续关注CAN总线。欧洲标准EN 50325-4将该协议纳入其中。该协议发展成为一个标准化的嵌入式网络协议，具有高度灵活的配置选项。
什么时候需要CANopen？
一般来说，CANopen通过提供数个通信对象，使得在仪表中实现所需的网络行为成为可能。通过这些通信对象，仪表或传感器可提供过程数据、显示设备内部错误状态，或影响和控制网络行为。
仔细观察输出信号
但是，这到底意味着什么？为什么用数字信号代替已经过实用和验证的模拟信号是有价值的？这篇文章以尽可能通俗易懂的方式探讨了以下五个方面:CANopen数字输出信号的准确性、可靠性、诊断、系统架构和可管理性。这也是威卡（WIKA）传感器的标准配置。
1) 易出错性
早在2015年，来自威卡（WIKA）的两位同事Bildstein和Heusel就对模拟传感器和CANopen传感器之间的精度差异进行了详细分析（压力传感器中的数字传输，WIKA Alexander Wiegand SE & Co. KG，CAN-Newsletter，1/2015，CAN in Automation，第24-27页），结果表明模拟传感器更容易出错。这是由于信号转换了3次：首先从模拟信号转换为数字信号(AD)，然后从数字信号转换为模拟信号(DA)，最后在控制器中再次数字化。此外，通常情况下，信号甚至被线性化，这会导致进一步的误差。
模拟测量技术最薄弱的环节是从传感器通过带有插头的接线通往最终仪器的信号通路。只有当信号超出典型范围时，才能检测到错误。此外，无法通过信号识别传感器。
2) 可靠性
数字信号在可靠性方面的优点是可以精确地定义预期的数值类型。可通过固定字段和消息长度检查传输位的合理性。例如，如果预期有16位数的数据包（例如0101 0111 0100 1001），但其中只有14位到达，则很显然在传输过程中出现了问题。这大大降低了因外部影响而产生误差的可能性。数据传输过程中的超时也会显示错误。
此外，最终在数字信号中正确识别0和1才至关重要。信号是0 V还是0.5 V无关紧要，因为其仍然被识别为0。这意味着，诸如温度波动、噪声或电磁干扰等因素干扰信号的可能性较小。
3) 诊断
“信号跳跃电路”专为某些力传感器而开发。其可用于检查相应的传感器是否仍返回预期的模拟输出信号。然而，这种特定电路并不具有普遍性。
另一方面，CANopen数字信号提供了系统结构的详细检查，例如具体类型仪器的安装位置以及数字传感器的验证，是标准化启动过程的一部分。即使在运行过程中，也可以反复验证数字信号（例如，通过心跳协议或超时情况）。这在模拟传感器中则不可能实现。
此外，不仅信号可以通过总线发送，任何其他信息也可以。例如，一个传感器可以发送不同的测量变量：力和温度、压力和液位或完全不同的组合。
4) 系统扩展性
数字系统的一个主要优点是信号的合并。一个控制系统最多可组合127个通道。如果始于更少的通道数，系统架构的后期扩展也不成问题。此外，由于不需要127个单独的高精度模拟通道，因此接线简单，控制器也更加便宜。
5) 可重复使用且易于维护
模拟传感器为更换和可能需要进行的调整提供了优势。如果使用标准化的输出信号，则无论使用哪家制造商的产品，都可以轻松地更换或更新仪表，而无需更改应用软件。这可以简化物流过程，且不存在影响系统行为的风险。而数字传感器实践已经表明，没有两家制造商会提供100%相同的对象。
另一方面，整个缩放和校准过程在每个数字传感器上执行：例如，如果将15 MPa的压力传感器更换为25 MPa的压力传感器，并不会出现问题。无需更改控制参数，传感器仅需在制造商处校准。
关于CANopen和模拟信号的结论
“永远不要改变获胜的团队”理论也适用于系统传感器。只要传感器功能与传统的模拟信号完美配合，就没有理由干扰整个系统。但当涉及到扩展、维修或升级时，应明确考虑数字输出信号的优点。毕竟，这是毋庸置疑的。
注
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