定义
RS232 是点对点串口通信标准,采用 ±12V 电平,传输距离通常不超过 15 米。工业设备常用 RS232 连接调试口、打印机或单台仪表。多设备组网时通常采用 RS485。
技术特性
RS232 采用单端信号,TX、RX、GND 三线制(或加 RTS、CTS 流控)。电平 ±5V~±15V,与 TTL 不兼容,需电平转换。典型波特率 9600、19200、115200 等。传输距离短(15m 内)、抗干扰能力弱、不支持多设备总线。工业 DTU、网关常提供 RS232 接口,用于连接单台设备或调试。
应用场景
PLC、仪表调试口;打印机、扫码枪;单台设备点对点通信。多设备、长距离场景应选用 RS485。RS232 转 USB 适配器常用于工控机、笔记本连接串口设备。工业网关可将 RS232 数据经 4G、以太网上传至云平台。
单端电平与共地条件
负逻辑单端,必须共地
这条接口用一根信号线相对公共地来表示比特。逻辑状态对应的是正负十几伏量级的电压,而且是负逻辑:负电压往往表示逻辑 1,正电压表示逻辑 0。接收端靠辨认这根线相对地的极性来取样,所以两边的地必须连在一起,否则接收端看到的是一个漂着的电压,波形再好看也解不出稳定的比特。它没有差分对来抵消干扰,附近的电机和开关电源会直接叠到这根线上。
完整的握手还可能包括请求发送和允许发送。设备若要求硬件握手而线缆只接了收、发、地三根,发送方会一直等允许信号,表现为端口打开但一个字节都发不出。也有设备把握手脚悬空就默认允许,同一根线缆换一台设备结果相反。电平与单片机的 3.3 伏或 5 伏不兼容,直连会损坏端口,中间必须有电平转换。
只连接一台近端设备
它只适合一台对一台、线缆不长、两端共地可靠的场合,例如调试口、近处的打印机、扫码枪和单台仪表。距离通常应控制在十几米以内,速率越高越要缩短。不能分支出第二台设备,也不能靠并联“监听”。机柜之间地电位已经不同时,即使距离不远,公共地上的电流也会把比特判错。这种情况下应改成差分总线或先做隔离,而不是加粗地线凑合。
参数必须逐项一致:速率、数据位、校验和停止位。其中一项不同,接收端会把帧边界看错,打印出来是稳定的乱码而不是随机噪声。流控方式也要一致。很多工业协议可以跑在这条链路上,包括近距离的 Modbus,但物理层限制不会因为换成了某种协议就消失。
电平、针脚和地环路
针脚定义是现场第一类错误。有的设备把发送和接收按数据终端设备排列,有的按数据电路设备排列,两端都是发送对发送,电表量得到电压,通信却完全没有。交叉或直连要按设备类型选,不能凭线缆颜色。第二是地没有接。只接两根信号线时,回路走机壳和保护地,电位差大时通信时有时无,严重时接口芯片被打坏。
第三是把长线和很高的速率一起用。边沿在电缆电容上变缓,采样点落到过渡区,近端自发自收正常,接上真实线缆就失败。应先降速率再查协议。隔离型转换器若两侧都不供电,隔离侧没有能量,端口是死的。最后不要用这种单端接口去挂多台仪表,地址再正确也没有电气上的多点能力,硬并只会让驱动器互相顶电压。
转换器的供电方向也常被忽略。无源转换器从接口取电,线缆一长、对端驱动偏弱时,电平摆幅不够,近处自发自收正常,装到现场就出现固定错字。应确认转换器是否需要外部供电,并在真实线缆两端用示波器看摆幅是否仍越过接收门槛。外壳地和信号地若在转换器里被短接,原想隔离的地环路又接了回去。
长线两端的地电位差还会把接口芯片推到闩锁。共地线里一旦有漏电流,接收端的负电压区被抬高,逻辑 1 被判成 0,报文固定错在某几位。这时应先测两端地之间的交流和直流电压,再决定是缩短距离、改用隔离器,还是换成差分接口,而不是反复更换波特率。