本文簡要介紹了地磅稱重顯示控制器串口的基本知識、造成串口損壞的原因 以及應(yīng)采取的保護(hù)方法，以方便用戶更好地使用稱重顯示控制器。

1.概述

隨著國民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，地磅已經(jīng)進(jìn)人各行各業(yè),得到了快速應(yīng)用和發(fā)展，不再 是單純的稱重計量和貿(mào)易結(jié)算，而是發(fā)展到了含有 稱重的自動控制、安全保護(hù)控制、生產(chǎn)工藝的控制、 產(chǎn)品質(zhì)量的控制以及生產(chǎn)成本的控制等各個系統(tǒng)， 應(yīng)用范圍和行業(yè)不斷擴(kuò)大，隨著信息時代的到來,需 要地磅儀表與計算機(jī)之間的數(shù)據(jù)通訊越來越多’由 于串行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在 遠(yuǎn)程傳輸時,得到廣泛采用。RS-232接口是串行數(shù) 據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)之一，由電子工業(yè)協(xié)會(EIA)制訂并發(fā) 布。目前RS-232是PC機(jī)與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛 的一種串行接口，在稱重顯示控制器中也是最基本 的串行接口，隨著地磅應(yīng)用的普及和應(yīng)用環(huán)境 的差異,稱重顯示器的串口在實際應(yīng)用中損壞的事 情時常發(fā)生’常常會莫明其妙地?fù)p壞’給用戶和地磅生產(chǎn)廠家都造成了不小的經(jīng)濟(jì)損失，因此有必要進(jìn) 行分析和研究,保護(hù)串口正常工作，降低損壞程度， 減少經(jīng)濟(jì)損失。

2.串口的基本知識

2.1 RS-232-C 接口（又稱 EIA RS-232-C)是 目前最常用的一種串行通訊接口，在稱重顯示控制 器中也得到廣泛應(yīng)用。它是在1970年由美國電子工 業(yè)協(xié)會(EIA)聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計 算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo) 準(zhǔn)。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)和數(shù)據(jù)通訊設(shè) 備(DCE)之間串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”。 該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個25個腳的DB25連接器,對連 接器的每個引腳的信號內(nèi)容加以規(guī)定，還對各種信 號的電平加以規(guī)定。

2.1.1接口的信號內(nèi)容

實際上RS-232-C的25條引線中有許多是很 少使用的，在計算機(jī)與終端通訊中一般只使用3-9 條引線，因此也產(chǎn)生了很多種非標(biāo)的RS-232-C接 口，有采用9腳的DB9連接器的，也有采用其他方 式的連接，具體要參考設(shè)備的使用說明書。

2.1.2接口的電氣特性

在RS-232~C中任何一條信號線的電壓均為負(fù)邏 輯關(guān)系。即:邏輯“ 1”, -5—15V;邏輯“0”+5~+15V。 噪聲容限為2V。即要求接收器能識別低至+3V的信 號作為邏輯“0”，高到-3V的信號作為邏輯“ 1 ”。

2.1.3 一些設(shè)備與PC機(jī)連接的RS-232-C 接口 ’因為不使用對方的傳送控制信號,只需三條 接口線，即“發(fā)送數(shù)據(jù)”、“接收數(shù)據(jù)”和“信號地”， 所以采用DB-9的9芯插頭座，傳輸線采用屏蔽 雙絞線。

2.1.4數(shù)據(jù)傳輸距離

誤碼率<4%時達(dá)到15米，實際誤碼率允許10% -20%, 15米是比較保守的數(shù)據(jù)。

2.2由于RS-232-C接口標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)較早，難免 有不足之處，主要有以下四點：

2.2.1接口的信號電平值較高,易損壞接口電 路的芯片，又因為與TTL電平不兼容，故需使用電 平轉(zhuǎn)換電路方能與TTL電路連接。

2.2.2傳輸速率較低，在異步傳輸時，波特率為20kbpso

2.2.3接口使用一根信號線和一根信號返回線 而構(gòu)成共地的傳輸形式,這種共地傳輸容易產(chǎn)生共 模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。

2.2.4傳輸距離有限，最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為 15m，實際上也只能用在50米左右。

2.3現(xiàn)在稱重顯示控制器中用到的RS-232-C 接口芯片，主要是MAXIM公司生產(chǎn)的MAX202E和 MAX232E系列轉(zhuǎn)換芯片，由TTL電平轉(zhuǎn)換為RS- 232-C電平或由RS-232-C電平轉(zhuǎn)換為TTL電平。

MAXIM公司的MAX202芯片為標(biāo)準(zhǔn)的RS- 232電平轉(zhuǎn)換器,符合RS-232通信標(biāo)準(zhǔn),功耗低,集 成度高，只用單一 5V電源，片內(nèi)有電壓倍增器和電 壓變換器，輸出RS232需要的±10V電平，每片有兩 個驅(qū)動器和兩個接收器，具有兩組接收和發(fā)送通道， 全部接口電路簡單，可靠性高，實現(xiàn)TTL電平和 Rs-232電平的直接轉(zhuǎn)換。

其管腳圖如下:

該芯片的上半部分是電源變換部分。下半部分 為發(fā)送和接收部分。實際應(yīng)用中，T1IN、T2IN和 R10UT、R20UT可分別連接TTL/CM0S電平的51 單片機(jī)的串行發(fā)送端TxD和接收端RxD;RlIN、 R2IN和T10UT、T20UT分別連接至RS-232電平的 PC機(jī)串行接收端和發(fā)送端。

MAX202內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖和外圍電容連接如下圖 所示.

MAX202E和MAX232E系列轉(zhuǎn)換芯片均集成 了 ESD保護(hù)(通常符合IEC標(biāo)準(zhǔn))或過壓保護(hù)。這種 保護(hù)在上電或掉電情況下都有效，即使是在±15kV ESD沖擊下也不會引發(fā)鎖定效應(yīng).

3.串口損壞原因分析

由于串口設(shè)備間收發(fā)信號沒有隔離，來自于通 信線纜的直流電位差,使信號線經(jīng)常受到各種干擾。 串口通信在點對多點的應(yīng)用中，因為串口通信距離 的限制(傳輸距離短一般為15米）,形成了一個易吸 收干擾信號的短距網(wǎng)狀天線。浪涌、雷擊還能通過串 口通信線纜相鄰的電力線、電話線等進(jìn)入，產(chǎn)生感應(yīng) 電動勢，形成對串口的沖擊。常見造成對串口設(shè)備影 響的原因還有：日光燈、電梯馬達(dá)、大型發(fā)動機(jī)等重 型設(shè)備的開啟、短路、地電位差、電源切換、靜電釋放 等。

由于RS-232串口通信線對電壓浪涌特別敏 感，僅幾十伏的小幅瞬變過程就可以通過串行端口 造成數(shù)據(jù)丟失、硬件損壞、系統(tǒng)崩潰。雖然MAX202E 和MAX232E系列轉(zhuǎn)換芯片可承受±15kVESD保護(hù) (通常符合IEC標(biāo)準(zhǔn))或過壓保護(hù),但也不能保證串 口在實際使用中不損壞。

通過理論分析和實際案例，總結(jié)出以下造成串 口損壞的原因：

?開、關(guān)機(jī)或串口帶電拔插。

?稱重儀表與計算機(jī)等接地不良，造成地電位 差過高。

?有較大的靜電放電現(xiàn)象。

?由于走線不合理，在通訊線上感應(yīng)產(chǎn)生較大 的感應(yīng)電動勢，造成串口損壞。

?由于雷擊等外界因素影響，造成串口損壞。

?一端巳損壞的串口造成另一端串口的損壞。

4.串口防護(hù)

使用中的防護(hù)：

4.1注意開、關(guān)機(jī)的順序,應(yīng)先開外設(shè),后開主 機(jī),關(guān)機(jī)正好相反。

4.2嚴(yán)禁串口帶電拔插。強(qiáng)烈建議不要帶電插 拔串口，插拔時至少有一端是斷電的,否則串口易損 壞。

4.3保證將稱重儀表與計算機(jī)等接地良好， 消除地電位差。應(yīng)設(shè)法保證地電位差在IV以內(nèi)， 最好為0V.

4.4注意通訊線的走向，避免通訊線與電力線 特別是帶感性負(fù)載、頻繁肩動的電力線人近，以避免 感應(yīng)電壓對串口通汛的十?dāng)_和損壞。

4.5必要吋采用帶屏蔽的雙絞線’以減小外界 對串口的影響。

若采用以上方法還不能有效避免干擾和損壞， 應(yīng)采取以下措施：

4.5.1在稱重顯示控制器內(nèi)增加保護(hù)器件,降 低串口損壞幾率。現(xiàn)在有很多保護(hù)器件，例抗雷擊浪 涌保護(hù)器和防靜電保護(hù)器，可以選擇合適的規(guī)格,得 到最佳的保護(hù)效果，可以防止雷擊等浪涌電壓對串 口的損壞。

4.5.2采用串口隔離技術(shù)，對通訊線路要隔離， 對電源供電系統(tǒng)也要進(jìn)行隔離，供電隔離可以采用 例MAX253等專用供電隔離器件，通訊線路可以采 用光電隔離進(jìn)行隔離,但應(yīng)選用高速器件，由于光電 稱合器是限制接口通訊速率的主要因素。

4.5.3可以外接專用的串口隔離器，現(xiàn)在市場 上有很多各種各樣的串口隔離器可以選擇，這些串 口隔離器大多采用光電隔離技術(shù)，有的可以實現(xiàn)瞬 間隔離電壓7000V,持續(xù)隔離電壓500V,免電源， 免上電，可帶電插拔,具有9轉(zhuǎn)9、9轉(zhuǎn)25、25轉(zhuǎn)9、 25轉(zhuǎn)25等多種形式,體積小巧,外型美觀,利用這 些串口隔離器可以有效防止稱重顯示控制器串口 的損壞。

5.結(jié)束語

隨著地磅的普及和應(yīng)用行業(yè)的擴(kuò)大，以及 安裝環(huán)境的差異和低電壓器件的應(yīng)用，串口通訊的 有效保護(hù)引起越來越多的關(guān)注，已經(jīng)形成了不小的 市場,各種保護(hù)器件和串口保護(hù)器得到廣泛應(yīng)用,為 保證地磅的可靠使用，應(yīng)注意稱重顯示控制器 串口的正確使用和有效保護(hù)