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| 稱重儀表串口通訊 | 2020-06-24 |
| 1 概述 電子秤隨著國民經(jīng)濟和科學技術的快速發(fā)展, 防爆電子秤已經(jīng)進入各行各業(yè), 得到了快速應用和發(fā)展, 不再是單純的稱重計量和貿(mào)易結算, 而是發(fā)展到了含有稱重的自動控制、安全保護控制、生產(chǎn)工藝的控制、產(chǎn)品質量的控制以及生產(chǎn)成本的控制等各個系統(tǒng),應用范圍和行業(yè)不斷擴大; 隨著信息時代的到來, 稱重模塊需要防爆電子秤儀表與計算機之間的數(shù)據(jù)通訊越來越多, 由于電子秤串行通訊方式具有使用線路少、成本低, 特別是在遠程傳輸時, 得到廣泛采用。RS- 232 接口是串行數(shù)據(jù)接口標準之一, 電子秤由電子工業(yè)協(xié)會( EIA) 制訂并發(fā)布。 目前RS- 232 電子秤是PC 機與通信工業(yè)中應用泛的一種串行接口, 在稱重儀表中也是最基本的串行接口, 隨著防爆電子秤應用的普及和應用環(huán)境的差異, 稱重顯示器的電子秤串口在實際應用中損壞的事情時常發(fā)生, 常常會莫明其妙地損壞, 給用戶和防爆電子秤生產(chǎn)廠家都造成了不小的經(jīng)濟損失, 因此有必要進行電子秤分析和研究, 保護串口正常工作, 降低損壞程度,減少經(jīng)濟損失。 2 稱重儀表串口的基本知識 2.1 電子秤RS- 232- C 接口( 又稱EIA RS- 232- C) 是目前的一種串行通訊接口, 在稱重儀表中也得到廣泛應用。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)、調制解調器廠家及計算機終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于電子秤串行通訊的標準。它的全名是“ 數(shù)據(jù)終端設備( DTE) 和數(shù)據(jù)通訊防爆電子秤( DCE) 之間串行二進制數(shù)據(jù)交換接口技術標準”。電子秤該標準規(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容加以規(guī)定, 還對各種信的電平加以規(guī)定。 2.1.1 接口的信號內容 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)生了很多種非標的RS- 232- C 接口, 有采用9 腳的DB9 電子秤連接器的, 也有采用其他方式的連接, 具體要參考設備的使用說明書。 2.1.2電子秤 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邏輯關系。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 一些防爆電子秤與PC 機連接的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”,電子秤所以采用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%時達到15 米, 實際電子秤誤碼率允許10%～20%, 15 米是比較保守的數(shù)據(jù)。 2.2 由于電子秤RS- 232- C 接口標準出現(xiàn)較早, 難免有不足之處, 主要有以下四點: 2.2.1 接口的電子秤信號電平值較高, 易損壞接口電路的芯片, 又因為與TTL 電平不兼容, 故需使用電平轉換電路方能與TTL 電路連接。 2.2.2 傳輸速率較低, 電子秤在異步傳輸時, 波特率為20kbps。 2.2.3 接口使用一根信號線和一根信號返回線而構成共地的傳輸形式, 這種共地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾, 電子秤所以抗噪聲干擾性弱。 2.2.4 傳輸距離有限, 電子秤傳輸距離標準值為15m, 實際上也只能用在50 米左右。 2.3 現(xiàn)在稱重儀表中用到的RS- 232- C電子秤接口芯片, 主要是凱士公司生產(chǎn)的MAX202E 和MAX232E 系列轉換芯片, 由TTL 電平轉換為RS-232- C 電平或由RS- 232- C 電子秤電平轉換為TTL 電平。casgood公司的MAX202 芯片為標準的RS-232 電平轉換器, 符合RS- 232 通信標準, 功耗低, 集成度高, 只用單一5V 電源, 片內有電壓倍增器和電壓變換器,輸出RS232 需要的±10V 電平, 每片有兩個驅動器和兩個接收器, 具有兩組接收和發(fā)送通道,電子秤全部接口電路簡單, 可靠性高, 實現(xiàn)TTL 電平和RS- 232 電平的直接轉換。 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。實際應用中, T1IN、T2IN 和R1OUT、電子秤R2OUT 可分別連TTL/CMOS 電平的51單片機的串行發(fā)送端TxD 和接收端RxD; R1IN、R2IN 和T1OUT、T2OUT 分別連接至RS- 232 電平的PC 機串行接收端和發(fā)送端。MAX202 內部電子秤結構圖和外圍電容連接如下圖所示: MAX202E 和MAX232E 系列轉換芯片均集成了ESD 保護( 通常符合IEC 標準) 或過壓保護。這種保護在上電或掉電情況下都有效, 即使是在±15kVESD 沖擊下也不會引發(fā)鎖定效應。ESD 具體指標如下: 3 串口損壞原因分析 電子秤由于串口設備間收發(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。電子秤串口通信在點對多點的應用中, 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、電子秤電話線等進入, 產(chǎn)生感應電動勢, 形成對串口的沖擊。常見造成對串口設備影響的原因還有: 日光燈、電梯馬達、大型發(fā)動機等重型設備的開啟、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電子秤造成數(shù)據(jù)丟失、硬件損壞、系統(tǒng)崩潰。電子秤雖然MAX202E和MAX232E 系列轉換芯片可承受±15kVESD 保護( 通常符合IEC 標準) 或過壓保護, 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, 電子秤總結出以下造成串口損壞的原因:!開、關機或串口帶電拔插。稱重儀表與計算機等接地不良, 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, 在通訊線上感應產(chǎn)生較大的感應電動勢, 電子秤造成串口損壞。 由于雷擊等外界因素影響, 造成串口損壞。一端已損壞的串口造成另一端串口的損壞。 4 串口防護 使用中的防護: 4.1 注意開、關機的順序, 應先開外設, 后開主機, 關機正好相反。 4.2 嚴禁串口帶電拔插。強烈建議不要帶電插拔串口, 插拔時至少有一端是斷電的, 電子秤否則串口易損壞。 4.3 保證將稱重儀表與計算機等接地良好,消除地電位差。應設法保證地電位差在1V 以內,為0V。 4.4 注意通訊線的走向, 電子秤避免通訊線與電力線特別是帶感性負載、頻繁啟動的電力線太近, 以避免感應電壓對串口通訊的干擾和損壞。 4.5 必要時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,應采取以下措施: 4.5.1 在稱重儀表內增加保護器件, 降低串口損壞幾率?，F(xiàn)在有很多保護器件, 例抗雷擊浪涌電子秤保護器和防靜電保護器, 可以選擇合適的規(guī)格, 得到的保護效果, 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, 對通訊線路要隔離,對電源供電系統(tǒng)也要進行隔離, 供電隔離可以電子秤采用例MAX253 等專用供電隔離器件, 通訊線路可以采用光電隔離進行隔離, 但應選用高速器件, 由于光電耦合器是限制接口通訊速率的主要因素。 4.5.3 可以外接專用的電子秤串口隔離器, 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, 有的可以實現(xiàn)瞬間隔離電壓電子秤7000V, 持續(xù)隔離電壓500V, 免電源,免上電, 可帶電插拔, 具有9 轉9、9 轉25、25 轉9、25 轉25 等多種形式, 體積小巧, 外型美觀, 電子秤利用這些串口隔離器可以有效防止稱重儀表串口的損壞。 5 結束語 隨著防爆電子秤的普及和應用行業(yè)的擴大, 以及安裝環(huán)境的差異和低電壓器件的應用, 串口通訊的有效保護引起越來越多的關注, 已經(jīng)形成了不小的市場, 各種保護器件和串口保護器得到廣泛應用, 為保證防爆電子秤的可靠使用, 應注意稱重儀表串口的正確使用和有效保護。 | |
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