【导读】在智能工厂中，传感器（如温度和压力传感器）的设计需满足与各类现场总线或工业以太网的兼容性，以确保与PLC的无缝通信。本文将探讨温度与压力传感器的选型方案，并介绍如何借助IO-Link技术实现传感器与多种工业网络的通用连接。
温度传感器的选型方案
常见的温度传感器包括2线、3线和4线电阻温度检测器（RTD）、热电偶以及热敏电阻。这些传感器各有优缺点，若设计时间充裕，工程师可选择多种信号调理和数据转换器IC，构建并调试定制化的模拟前端（AFE）。
然而，若时间紧张，以下集成化方案可加速设计进程：
热电偶应用：推荐使用MAX31855热电偶数字转换器IC，它集成了线性化处理和冷端补偿功能，可直接提供数字输出。
RTD应用：MAX31865 RTD数字转换器IC是理想选择，简化了RTD信号的采集与处理。
通用数字温度传感器：对于追求快速、精准设计的场景，MAX31875或ADT7420等数字温度传感器IC提供了“一站式”解决方案。这些器件集成了传感器、AFE和线性化电路，并通过I2C接口与微控制器通信。
图1展示了上述多种温度传感器信号链的选型方案。
压力传感器的选型方案
压力传感器通常采用应变计或称重传感器生成电信号。AD7124和AD4130等AFE器件可支持这类传感器。若希望减轻微控制器的线性化负担，可选择ADA4558桥式信号调节器IC，专门处理信号线性化（图2）。
传感器与工业网络的传统连接方式及局限
传统上，传感器设计依赖于单一现场总线或工业以太网协议，需内置专用的网络接口IC。这种方式不仅增加了成本，还限制了传感器的适用群体。若需适配其他网络，必须重新设计传感器，更换接口IC，过程既耗时又昂贵。此外，不同网络的诊断功能参差不齐，某些协议甚至缺乏诊断支持，导致安装后的维护和故障排查困难。
实现“与网络无关”的传感器设计
借助IO-Link®技术，传感器可实现与多种工业网络的通用连接。IO-Link是一种三线工业通信标准，专为连接传感器、执行器与控制网络而设计。在IO-Link系统中，收发器作为物理层接口，与运行数据链路层协议的微控制器协同工作，并支持高达24V的数字输入/输出。
IO-Link的优势在于能够传输四种类型的数据：过程数据、值状态、设备数据和事件。其中，事件数据可快速指示传感器故障，极大简化了维护流程。MAX14828是一款低功耗IO-Link从站收发器，提供4mm x 4mm 24引脚TQFN和2.5mm x 2.5mm WLP两种封装，工作温度范围覆盖-40℃至+125℃，适用于严苛工业环境。
IO-Link从站与工业网络的通信机制
IO-Link从站收发器通过电缆与IO-Link主站通信，主站再通过协议接口IC（如支持工业以太网的ADIN2299）连接到上层工业网络。MAX14819A是一款低功耗双通道IO-Link主站收发器，集成传感器/执行器电源控制器，完全符合IEC 61131-2、IEC 61131-9 SDCI及IO-Link 1.1.3标准，确保与各类工业网络的兼容性。
总结
通过选择集成化的温度与压力传感器方案，并采用IO-Link通信架构，设计师能够快速开发出兼容多种工业网络的高效传感器。这种“与网络无关”的设计不仅降低了成本，还拓宽了传感器的市场适用性，为智能工厂的灵活部署与维护提供了坚实基础。
