RS-422

RS-422簡介

　　RS-422標準全稱是“平衡電壓數字接口電路的電氣特性”，它定義了接口電路的特性。實際上還有一根信號地線，共5根線。由于接收器采用高輸入阻抗和發送驅動器比RS232更強的驅動能力，故允許在相同傳輸線上連接多個接收節點，最多可接10個節點。一個主設備（Master），其余為從設備（Slave），從設備之間不能通信，所以RS-422支持點對多的雙向通信。接收器輸入阻抗為4k，故發端最大負載能力是10×4k+100Ω（終接電阻）。

RS-422百科

　　RS-422標準全稱是“平衡電壓數字接口電路的電氣特性”，它定義了接口電路的特性。實際上還有一根信號地線，共5根線。由于接收器采用高輸入阻抗和發送驅動器比RS232更強的驅動能力，故允許在相同傳輸線上連接多個接收節點，最多可接10個節點。一個主設備（Master），其余為從設備（Slave），從設備之間不能通信，所以RS-422支持點對多的雙向通信。接收器輸入阻抗為4k，故發端最大負載能力是10×4k+100Ω（終接電阻）。

　　特性

　　RS-422四線接口由于采用單獨的發送和接收通道，因此不必控制數據方向，各裝置之間任何必須的信號交換均可以按軟件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一對單獨的雙絞線）。RS-422的最大傳輸距離為4000英尺（約1219米），最大傳輸速率為10Mb/s。其平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在 100kb/s速率以下，才可能達到最大傳輸距離。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率僅為 1Mb/s。RS-422需要一終接電阻，要求其阻值約等于傳輸電纜的特性阻抗。在短距離傳輸時可不需終接電阻，即一般在300米以下不需終接電阻。終接電阻接在傳輸電纜的最遠端。

　　名稱由來

　　Electronic Industries Association （EIA ） 電子工業協會（EIA） 1924年成立的EIA是美國的一個電子制造商組織。EIA頒布了許多與電信和計算機通信有關的標準，并與其他協會如美國國家標準協會（ANSI）和國際電報電話咨詢委員會（CCITT）有密切聯系，CCITT現稱為國際電信聯盟（ITU）。EIA在電信方面主要定義了調制解調器和計算機之間的串行接口。下表是一些常用的標準。物理層規范定義了37針（DB-37）、25針（DB-25）和9針（DB-9）連結器及相關電纜，另外還有電氣特性，如每個針上的信號類型及信號時序。

　　相關介紹

　　RS-232-C 使用DB-25或DB-9連結器的串行連結標準，電纜最大長度50英尺。RS-449 定義了RS-422與RS-423子集的用DB-37連結的串行接口。RS-422 定義了平衡式多點接口。RS-423 非平衡數字接口。EIA-232，就是眾所周知的RS-232，它定義了數據終端設備（DTE）和數據通信設備（DCE）之間的串行連結。這個標準被廣泛采用。EIARS-232標準即CCITT的V．24標準。但CCITT V系列協議比EIA標準稍具優勢，部分原因是由于它是歐洲的政府標準指定要使用的協議類型。EIA標準大部分和CCITT標準等價。例如Group3傳真，一個傳輸率最高為9．6Kbps的傳真機標準，是CCITT的T．4建議，也是EIA465標準。在結構化網絡布線領域，EIA最近與電信工業協會（TIA）聯合制定了商用建筑電信布線標準（EIA/TIA568和569）；這是一個在校園環境中使用數據級雙絞線的分層布線系統的標準。這個標準提供的布線結構使得建筑設計者可以不必事先知道使用什么設備從而便于進行高速數據通信設備的布局。RS-422是差模傳輸，抗干擾能力強，能傳1200米 RS232最多傳輸15米。

　　標準9針、標準25針、37針RS-422串口的引腳定義及知識

　　《設備監控技術詳解》

　　3.3　串口線的制作和轉換

　　串口的連接線受很多的限制，最典型的限制就是接口類型和連接線的作用，因為接口類型不同，則接口引腳不一樣；連接線的作用不同，則線序不一樣。要知道串口線的制作，首先要知道串口引腳的定義，然后根據串口連接線的作用決定線的順序。

　　串口通信標準中，RS-232C、RS-422、RS-485的引腳定義各不相同，因而做線的方式也不相同。串口連接線中，延長線只是起到線長度的增加，因而線序只是原來線序的延長，而通信線，則要確保通信信號的正確連接，所以做線的方式也不盡相同。

　　在串口線的制作中，有三個非常重要的原則就是：

　　如果需要地線，則地線直接連接，其目的就是為了讓雙方有一個參照電平；

　　如果是延長線，則同名線號相連；

　　如果是通信線，則一端的發送連接另一端的接收。

　　3.3.1　串口引腳定義

　　3.3.1　串口引腳定義

　　串口的引腳定義，不僅取決于串口是公頭，還是母頭，還取決于從哪個方位來看。因為方位不同，效果也不相同。

　　從稱呼上，“引腳”，又名“管腳”，或“針”，三者的英文名都是：Pin，本書混用“引腳”和“針”這兩個名稱。當然，這里針的概念是廣義的針，因為這里的針既包括柱狀的探頭，也包括可以使柱狀探頭插入的插座式的針孔。

　　引腳的作用是實現連線，所以引腳的定義十分重要。

　　3.3.1.1　標準9針串口引腳定義

　　3.3.1.1　標準9針串口引腳定義

　　從前面的內容中，知道了串口外形，就可以繼續了解其每個引腳的定義，這是做線的基礎。無論是RS-232C、RS-422，還是RS-485，串口接口的外形、尺寸都是相同的，部件間可以通用互換，但其引腳的定義卻各不相同，因此要了解串口做線，首先要知道串口各引腳的定義。

　　觀察一個標準的串口，會發現串口無論是9針的標準串口物理外形（如圖3.4所示），還是25針串口物理外形（如圖3.6所示），如果橫著看，都顯示兩排引腳。除了兩排引腳這一特征之外，還有就是無論是公頭，還是母頭，兩個引腳的外圍呈現一邊大、一邊小的“等腰梯形”的形狀（俗稱“D形”）。9針引腳中，大的一邊有5個引腳，小的一邊有4個引腳。

　　拆開串口接口，會發現在串口接口的內側，同樣有9個引腳，其形狀與外側布局相同，各引腳位置，也都存在一一對應的關系，如圖3.43所示。該引腳是用于焊接連線使用。當將該串口裝到機箱上后，由機箱外部看到的線序和從機箱內部看到的線序不一樣，考慮到本章將全面介紹串口的連接線的制作，二者的線序關系很重要，因而在做線章節中，專題討論這一問題，詳見第3.3.1.4 節。

　　本章除非專門說明，否則所有引腳線序都是指串口外側的線序，各引腳編號及意義如圖3.40所示。

　　根據圖3.40的引腳順序號，如果是作為RS-232C接口，則各引腳定義如表3.2所示。

　　表3.2　 RS-232C引腳意義表

　　各引腳的電氣特性為：

　　在TxD和RxD上，邏輯“1”為-3V~-15V； 邏輯“0”為+3V~+15V。

　　在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制線上，信號有效為+3V~+15V；信號無效為-3V~-15V。

　　對于數據信號，邏輯“1”為低于-3V，邏輯“0”為高于+3V；對于控制信號，接通ON為低于-3V；斷開OFF為高于+3V；-3V~+3V、低于-15V、高于+15V都表示電壓無意義。

　　作為RS-232C接口，其各引腳由標準文檔進行定義，所以也可以稱為“標準引腳定義”。而作為RS-422和RS-485接口，則沒有“標準”引腳定義的說法，因為RS-422和RS-485連通常的標準接口也沒有，具體采用什么接口，接口中使用哪些引腳，完全取決于設備設計生產商自己的定義。不過，作為RS-422和RS-485標準本身，定義了按照這兩個標準進行通信時，所必須提供的信號線，并且，實際的使用中，絕大多數廠商繼續使用標準的串口接口作為其通信的硬件接口，所以才有前面所說“RS-232C/422/485”采用相同的硬件接口的說法。

　　RS-422采用的是4線模式，具體設備的名稱與引腳定義由設備定義。表3.3是RS-422中各信號名稱，與表3.2不同的是，此表中“序號”與引腳沒有對應關系，只是表示一個流水號，在實際連線中，需要根據設備定義決定所在的引腳。

　　表3.3　RS-422引腳意義表

　　RS-485的信號有兩種，一種是4線模式，另一種是2線模式。4線模式中各信號名稱如表3.4所示。同表3.3一樣，表中“序號”也只表示一個流水號。

　　表3.4　 RS-485的4線信號線名稱表

　　2線模式，其各信號名稱如表3.5所示。

　　表3.5　RS-485的2線信號線名稱表

　　3.3.1.2 　標準25針串口的引腳定義

　　3.3.1.3　37針RS-422串口的引腳定義

　　3.3.1.4　角度和位置變化所引起的引腳順序變化

　　3.3.1.4　角度和位置變化所引起的引腳順序變化

　　宋朝詩人蘇軾的詩《題西林壁》中有句“橫看成嶺側成峰，遠近高低各不同”，所講述的是因參觀者視角不同，導致所看到山的形狀不同，而引發的稱呼不同。在串口的引腳排序中也存在這一現象，雖然圖3.40明確定義了由設備的機箱外部，看到設備機箱上串口的引腳定義，但當使用這一串口的角色發生變化時，就會發現，串口引腳的定義發生了變化。

　　如圖3.43中，整個圖中共有8個串口，如果按上下分，可以分為兩排，上排四個是串口的實物圖，下排四個分別是上排四個實物一一對應的示意圖；如果按左右分，可以分為四列，其中左邊兩列是設備上的串口常用的模式，右邊兩列是連線上串口常用的模式，細分的話自左向右四列，可以分別理解為：設備內部的視圖、設備外部的視圖、連線外部的視圖、連線內部的視圖。按照上一節的定義，第二列的視圖（即設備外部的視圖）與上一節中圖3.36所示的引腳示意圖完全一樣，因此該列的右上角應該是引腳1。根據對應關系，可以將圖上所有的串口的“引腳1”標示出來，如圖3.43所示。

　　通過上圖比較，不難發現，引腳1具有相對性，而不能只以圖3.40示意圖中截圖來判斷引腳的序號。后面的連線都會參考這樣的引腳規則。

　　但必須說明的是，以上只是標準接法，這種接法很大程度上取決于設備本身采用公頭作為設備外部的接口，如果設備采用了母頭作為其設備外部的暴露接口，則整個串口引腳的變化就是圖3.40的左右角色互換，將左邊當作是串口連接線，而將右邊當成是設備。

　　3.3.1.5　非標準串口的引腳定義

　　3.3.1.5　非標準串口的引腳定義

　　除了上述標準接口之外，還有少數的非標接口，并且即使是采用了上述標準接口的設備，也有很多設備在設計的時候，沒有按標準的接線方式進行設計。其中有設備本身特性限制的原因，但更多的是設備設計者自身的技術保護。

　　非標的串口由于形式更為多樣，且沒有規范進行統一，所以接口的引腳定義更是五花八門，互不兼容。如圖3.7、圖3.8和圖3.10就是三種只使用了3線RS-232C標準的串口接線方式，另外還有一些設備采用如圖3.44所示的RS-422接線方式。這種非標準串口的通信最重要的是保存好接口定義手冊等文檔，以備不時之需。

　　3.3.2　串口的轉換與連接線制作

　　3.3.2　串口的轉換與連接線制作

　　了解了串口的引腳定義之后，就可以做串口線了。根據前面的內容，可知要做一個串口線需要考慮的因素有：

　　設備的串口接口采用的是公頭，還是母頭。通常來說，監控端（一般是計算機端）使用的是公頭的，所連接線的一端是母頭，如果監控中使用了串口交換機，則監控端是網口接口，另一端視設備而定。

　　所采用的模式，如果是RS-232C模式，則至少使用3根線；如果是RS-422模式，則至少采用4根線；如果采用RS-485模式，則或者使用2根線，或者使用4根線。線可以采用電話線或雙絞線，在采用雙絞線的時候，一般用不完一股中8根線的時候，盡量不要在一根雙絞線中的8根線傳輸2路或2路以上信號。

　　不同的模式，傳輸的距離也不同，如果是RS-232C模式，則最長為15米；如果是RS-422或RS-485模式，則最長為1100米。距離遠的盡量采用絕緣層和屏蔽層以增加信號的強度。如果需要更遠距離的傳輸，則需要在線的中間附加調制解調器（Modem）或其他相關信號中繼設備。

　　以上所有模式都可以采用9引腳串口接口，但大多數模式都未用完接口的9個引腳，但不意味著未用的引腳可以隨便再接其他的信號，或者未用的引腳與使用了的引腳有短路現象，因為有些電路在內部使用了這些引腳。

　　連接線在布線的時候，應避免空間上的急轉彎或打結。

　　如前所述，RS-422/RS-485都沒有定義具體的硬件接口形式，但定義了接線的信號。而RS-232C則使用標準串口作為其硬件的接口形式，并且定義了各引腳的定義，同時定義了接線的信號意義。因此實際使用中，RS-232C、RS-422、RS-485等串行通信都使用標準接口作為其通信接口。這樣做的好處是規格通用，制作方便，不必做過多的區分，也不需要大量備件；缺點是線一旦做好，很難從外形上進行區分，當連接線比較多時，容易混用和錯用。

　　雖然串口本身有9針串口（又稱DB9）和25針串口（又稱DB25）兩種，但實際使用中，幾乎都是9針的，所以下面將以9針為例進行說明。

　　3.3.2.1　串口模式和規格的轉換（1）

　　3.3.2.1　串口模式和規格的轉換（1）

　　串口的連接線制作中，常需要制作一些模式或規格的轉換線。這種線相對簡單，了解這種線的做法，有利于后面內容的理解。

　　1．公頭/母頭之間的延長線和互換線

　　在監控工程中，常常會遇到一些特殊的情況。如監控主機提供了標準串口的公頭接口，被監控的設備直接提供了監控連接線，該線制作精良，且一端與設備直接連接，無法更換，但現實的情況下，該線的長度不足以與監控主機的串口相連，這時就需要制作一根延長線以彌補中間的距離。

　　由于延長線的只是將信號延長，因此所有參與傳輸的數據線將引腳序號相同的線，兩兩直接相連即可，并且既然是延長線，所以兩端必定一端是公頭，另一端是母頭。其連線方式如圖3.45所示。

　　延長線接法即可以用哪些線就連哪些線，也可以實現全連接，做到通用性更強，并且不必考慮要延長的是公頭還是母頭，其兩端的互異性會自動解決這一問題。為了使示意圖簡捷，圖中只連接了引腳2、3、5。

　　通常計算機和設備都使用公頭作為其設備機箱對外展示的接口，但有些設備未按標準設計和制作，會導致其串口引腳順序是對的，但公頭和母頭接反了，這時需要通過公頭和母頭轉換的方式，將其轉換過來。

　　轉換線是特殊的延長線，所以其內部的連接方式也是將所有參與傳輸的數據線，引腳序號相同的線兩兩直接相連即可。所不同的是，轉換線需要考慮要延長的接口是公頭還是母頭，如果要將公頭轉換為母頭，則轉換線應該兩頭都是母頭；如果要將母頭轉換為公頭，則轉換線應該兩頭都是公頭。其連線方式如圖3.46所示。為了使示意圖簡捷，圖中只連接了引腳2、3、5。

　　需要說明的是，無論是延長線還是互換線，都只是增長了線的長度，并沒有信號中繼的機制（如信號放大、濾波），所以延長線或互換線，及原有線的總長度仍然受限于所用線的長度限制，例如，RS-232C中，所有中間連線的總長，仍然不能超過15米。

　　2．RS-232C與RS-422/RS-485的互換

　　RS-232C、RS-422和RS-485兩兩之間，由于在電氣參數，接線方式上都各有不同，因此無法直接相連，通常需要專門的轉換電路來完成，這種電路通常已被作為設備單獨出售，可以直接在市場上買到。此類設備中，以“RS-232C轉RS-485”的應用最多，如圖3.47所示。

　　3．串口轉網口

　　串口轉網口的設備所實現的不僅是網絡TCP/IP協議和設備串口協議的互換，還是硬件網絡RJ-45接口和串口接口電氣性能的交換。因此，此類設備通常是一個獨立的、相對較復雜的有源設備，在通信設備的概念中，可以歸為“網關”類設備。

　　在第3.2.5.2 節中，有一個串口轉網口的連接線模式（圖3.27），并且該模式有三種原理和連接方式，但那里前兩種的“網口轉串口”方式和這里的“串口轉網口”不是一個概念。那里是以網口作為媒介，根據網口和串口兩種接口的共同特點，采用串口的通信數據作為通信數據進行轉換。而那里的第三種和這里所說的“轉換線”則是一個網關設備，該設備分別支持網口和串口，并自動完成二者的互換。二者的最大區分在于前者是一個連線，后者則是一個設備，體現在線的連接方式上，前者內部只有線纜的物理連接，而后者則是串口和網口分別連接到一個簡易的主機上，該主機實現了數據的轉換。

　　3.3.2.1　串口模式和規格的轉換（2）

　　3.3.2.2　連接線的做法（1）

　　3.3.2.2　連接線的做法（1）

　　串口連接線首先要做到的是正確性，但這種看似簡單的操作，實際上卻非常麻煩，特別是對于第一次接觸某個設備的初學者，因為當一根連線做好以后，連上設備，運行測試程序，如果不通，則很難判斷是線做的不對，還是設備的協議命令有問題。

　　連接線的制作工藝也非常重要，好的做線不僅有利于設備參數的讀設和報警的讀取，而且還會避免因做線工藝而導致的讀設的不穩定，這對于長時間不間斷運行、需全天候監控的設備來說尤其如此；而差的做法不僅使讀設產生不穩定，而且還有可能導致因短路、斷路而引起的讀取中斷，甚至造成設備接口損壞。

　　提示　在串口線的制作中，有一個非常重要的原則就是：地線直接連接，一端的發送連接另一端的接收。前者是為了讓雙方有一個參照電平，后者則是確保正常通信的基礎。

　　1．RS-232C的三線制接法

　　RS-232C標準規定了串口9個引腳的詳細意義，但在實際的應用中，很少有設備的設計嚴格地遵守RS-232C標準，其主要原因是在大多數應用中，標準中的許多信號線并不都用的上，或用上后，雖然可以在穩定性、安全性上有所提高，但其設計代價過大，因而放棄使用這些信號線。最終，基于RS-232C標準的串口設計者總結出來，要實現最基本的通信，只需要使用數據發送、數據接收和共同地線這3根線即可，而采用這3根通信線制作串口連接線的方法通常稱為“三線制接法”。

　　當采用“三線制接法”對9引腳串口進行連接的時候，根據三線制接法的原理，需要使用TxD數據發送、RxD數據接收和GND地線這3根線，而根據串口類制線的原則來看，一方的數據發送引腳需要連接另一方的數據接收引腳，一方的數據接收引腳也需要連接另一方的數據發送引腳，接地線同用，所以接地線與接地線相連。因此兩端都是9引腳串口的“三線制接法”如圖3.50所示。

　　兩端都是9引腳的串口設備中，三線制接法引腳連接方式參見表3.9。

　　考慮到串口還有25針引腳的形式，但目前該引腳接口已很少使用，未來也即將會被淘汰，故此處不再一一圖示，而只用表格列出。

　　如果兩端都是25引腳的串口設備，則其引腳連接方式參見表3.10。

　　如果一端是9引腳，一端是25引腳的串口設備，則其引腳連接方式參見表3.11。

　　提示　連接線和轉換器的作用不一樣，所以其接線方式也不相同。

　　連接線的作用是通過雙方引腳、協議的約定，將其連接起來形成通信。

　　轉換器的作用是通過轉換，將一種接口的形式轉換為另一種接口的形式，但其引腳屬性并沒有發生變化，如發送引腳仍是發送引腳。當與對方相連的時候，仍然需要一個連接線連接雙方。

　　所以表3.7和表3.11并不相同。

　　3.3.2.2　連接線的做法（2）

　　3.3.2.2　連接線的做法（2）

　　2．RS-232C全接法

　　通常情況下，三線相連的連接線已可以滿足于大部分需要，但如果有些設備支持的線數多于3根線，則線也只能采用全接法。

　　兩端都是9引腳的串口設備中，全連接法引腳連接方式為：

　　同樣，對于25針引腳的形式，也因其很少使用，故不再一一圖示，而只用表格列出。

　　如果兩端都是25引腳的串口設備，則其引腳連接方式為：

　　如果一端是9引腳，一端是25引腳的串口設備，則其引腳連接方式為：

　　3．NPort接口接線法

　　上面曾提到，要突破一個系統只能有256個串口的限制，同時使設備的監控可以通過網絡，甚至是跨越互聯網，對遠在千里之外的設備進行監控，要使用到串口交換機，并將其與互聯網上的網絡交換機、路由器等既有網絡相連，最終實現網絡的監控。

　　作為串口交換機的典型代表，下面以Moxa的NPort串口交換機為例進行說明，其他型號的串口交換機雖然與NPort串口交換機不兼容，做線方式不同，但制線思路方式一樣。

　　NPort串口交換機的型號有很多，但用于設備監控領域的，主要型號有NPort 5610、NPort 5630和NPort 5650三種。三者的作用一樣，并且都提供對16個串口設備的監控，三者的區別是NPort 5610只提供對RS-232C串口的轉換，NPort 5630則可以提供RS-422和RS-485串口的轉換，NPort 5650則可以同時提供對RS-232C/RS-422/RS-485串口的轉換。

　　NPort串口交換機的優點很明顯，作為串口與網口的轉換設備，NPort串口交換機還是一個Web服務器，設備通過網線與交換機相連，進而連接到主機或互聯網上，這使得監控主機可以通過Web瀏覽器（如Microsoft Internet Explorer）查看串口交換機的狀態，以及各串口的參數狀態。同時，又可以通過系統提供的API函數（參見第3.7.4 節）實現對設備的遠程訪問。

　　但NPort串口交換機有一個難以理解的缺點，就是不同型號的串口交換機，其接口對同類設備接口的引腳定義不同。例如NPort 5630和NPort 5650都支持對RS-422和RS-485，但二者的串口引腳卻互不相同。這給設備的通用性帶來較大的麻煩，如果系統中某型號設備出錯，則只能再找一個同型號設備才能替換，不同型號同一功能的設備卻因轉換線不兼容而不能直接更換。

　　3.3.2.2　連接線的做法（3）

　　3.3.2.2　連接線的做法（3）

　　以上三個型號的NPort串口交換機都支持16個連接串口的網口和1個連接以太網的網口，為了區分這兩種網口，稱前者為“網口接口”，稱后者為“網絡接口”。并且，很顯然，這17個網口都是網口的母頭（即RJ-45網絡水晶頭的插座）形式，對于網口的公頭、母頭的引腳排列順序，參見第4.1.2節內容。

　　提示　網口引腳序號的簡易記憶法：

　　手持網線將網線置為要插入插座中的狀態，所以網線的水晶頭應該朝向對方，而線的部分朝向自己。

　　既然要看網口的引腳，當然要將引腳金屬片（俗稱“金手指”）朝上。

　　按以上兩步定好方位后，引腳金屬片自左向右分別為引腳1~引腳8。

　　NPort 5610串口交換機的“網口接口”，其引腳定義為：

　　表3.15　NPort 5610串口交換機網口接口引腳定義表

　　NPort 5630串口交換機的“網口接口”，其引腳定義為：

　　表3.16　NPort 5630串口交換機網口接口引腳定義表

　　NPort 5650串口交換機的“網口接口”，其引腳定義為：

　　表3.17　NPort 5650串口交換機網口接口引腳定義表

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　　有了上述的引腳定義，就可以制作連接線了，如果想將上述設備的接口中引接出來仍然作串口，則相當于延長線，具體參見第3.3.2.1節內容；如果想將所做的線直接連接到設備上，則又相當于直接做連接線，參見其中連接線的做法。

　　3.3.3　連接實例：幾種典型連接線制作

　　3.3.3　連接實例：幾種典型連接線制作

　　網口通信線在制作好以后，只需要將網線接上主機和交換機，就可以通過通用的ping命令網絡檢測程序判斷網線的好壞。而串口連接線的檢測則相對較麻煩，由于串口連接線的制作會因設備的接口類型不同而不同，因而沒有通用性。除非是一組完全相同類型的設備，可以通過互換法檢測連接線的好壞，否則每一個新的連接線都得單獨的測試，如果還沒有針對該設備的測試程序，或者是測試程序剛開發出來，那么測試程序的正確性還要依賴于連接線進行測試，則這種“雞生蛋、蛋生雞”的循環邏輯更加大了串口線檢測的困難。

　　3.3.3.1　制作一個簡易串口程序檢測器

　　3.3.3.1　制作一個簡易串口程序檢測器

　　如果是第一次做線，并且程序也是自己編寫的，首要的第一步是先保證串口程序是對的，否則即使后面的做線和連接一切都正常，則仍然無法得到正確的結論。

　　要驗證串口程序是對的，最簡單的辦法，就是直接將串口程序所在主機上，串口的發送引腳與接收引腳短路。以RS-232C為例，將串口的2、3兩根引腳短路，則形成一個自收的回路。該回路中的發送對應于自己的接收，同時，自己的接收也對應于回路中的發送，自己的地線本來就是一個，也等價于相連。三者組合，正好對應于“三線制接法”。在該回路中，如果發送一條命令，該命令則會直接由發送引腳轉到接收引腳上，形成了接收。所以串口程序無論發送什么命令，都立即會接收到相同的命令，根據這一原理，可以檢測串口接收程序的正確性。

　　3.3.3.2　制作一個簡易串口線檢測器

　　3.3.3.2　制作一個簡易串口線檢測器

　　直接將計算機的串口2、3引腳短路，可以檢測串口程序的正確性，是因為這種方法利用了“三線制接法”的原理。如果再引申一下，同樣還可以用這一原理檢測串口線的正確性。

　　同樣以RS-232C為例，將串口通信線插接到計算機的串口上，然后將串口線另一端的2、3兩個引腳短路，則同樣形成一個自收的回路。該回路中，計算機的發送端通過連接線后，應該到達對方的接收端，此時雖然沒有對方設備，但該接收端的線因為與對方發送端的線短路了，所以信號會經過短路線到達對方的發送端，而對方的發送端又與計算機主機的接收端相連，所以數據同樣會到達接收端。

　　上述原理，對于串口延長線同樣適用。

　　在確保程序沒問題的情況下，如果在上述回路中，發送任何數據都能原樣接收，則可以認為串口連接線或延長線的制作是對的，否則則表示線的制作有問題。

　　3.3.3.3　制作一個通用的串口線檢測器

　　3.3.3.3　制作一個通用的串口線檢測器

　　通常情況下，計算機外機箱上的串口和設備上的串口都是公頭，所以常見的三線制接法所做的線，多為兩頭都是母頭。在第3.3.2.2 節中已有詳細說明，故此處不再重復，具體可參見該節，或參見圖3.50。

　　3.3.3.4　NPort與串口設備的連接線制作

　　3.3.3.4　NPort與串口設備的連接線制作

　　上面的方式多為兩端都是串口的串口線制作，如果采用NPort，則需要根據第3.3.2.2節中 NPort接口接線法制作，下面以2個實際的例子進行說明。

　　實例1　圖3.54是一個某UPS不間斷電源用戶手冊中的截圖。

　　從圖中可以看到，該設備的控制板卡上，有兩個通信口，RS-232C和RS-485。根據查手冊其他內容（未在界面上顯示）可知，RS-232C用于內部控制，RS-485正是監控所要使用的串口，由圖示的右邊可知該RS-485使用的是2線的模式。其中引腳5用于“L-”，引腳9用于“L+”（其標號很顯然是自定義的）。

　　由于NPort 56X0系列中，NPort 5610只能用于RS-232C，所以不能應用于此設備，如果使用了NPort 5630，則可以通過表3.16中查到，NPort 5630網口接口的引腳5和引腳6分別用于“Data-”和“Data+”的信號。因此其連線方式應該為：

　　網線的引腳5（Data-）接串口的引腳9（L+）；

　　網線的引腳6（Data+）接串口的引腳5（L-）。

　　如果使用了NPort 5650，則可以通過表3.17中查到，NPort 5650網口接口的引腳5和引腳6分別用于“Data+”和“Data-”的信號。因此其連線方式應該為：

　　網線的引腳5（Data-）接串口的引腳5（L-）；

　　網線的引腳6（Data+）接串口的引腳9（L+）。

　　實例2　圖3.55是Metiq上變頻設備用戶手冊的截圖。

　　從圖中可以看到，該設備的接口可以支持RS-422和RS-485，但某一具體的設備，則只能二選一，假設當前所用的設置采用的是RS-422接口，并且假設使用的串口交換機型號是NPort5630。

　　根據表3.16可知，NPort 5630中，RS-422的各引腳序號3~7依次為TxD+、TxD-、RxD-、RxD+、GND，而圖3.55該設備信號分別如圖所示。

　　所以，根據“發送對接收的原則”和RS-422不需要地線對接，其連線方式應該為：

　　網線的引腳3（TxD+）接串口的引腳9（Data In+）；

　　網線的引腳4（TxD-）接串口的引腳5（Data In-）；

　　網線的引腳5（RxD-）接串口的引腳3（Data Out-）；

　　網線的引腳6（RxD+）接串口的引腳7（Data Out+）。

　　3.4.1　串口直連

　　3.4　串口組網方式

　　串口組網不像網口組網那么普遍，也不像網口組網那么方便，但也確確實實可以組網。由于串口本身具有端到端通信的特色，因而即使以某種方式組網成功，也都是在監控主機和設備之間進行通信，各設備之間不能通信，并且通常情況下，除非是監控主機以廣播的方式發送廣播信息，否則在某一時刻也只有一個設備與監控主機進行通信。

　　3.4.1　串口直連

　　串口直連法是最直觀，也是最簡單的連接方式了，無論是在第3.2 節中，以哪種方式接出的串口，只要同時滿足如下兩個條件，即可采用這種直連方式。

　　1）在操作系統“設備管理器”的“端口（COM和LPT）”子樹中可以看到該串口存在（可參見圖3.62）。

　　2）有一個物理串口可以引出機箱之外，以便進行實際的物理連接。

　　在圖3.56中，“機箱外物理串口”方式是通過串口直連；“由主板外接線引出的串口”和“由PCI總線或PCMCIA直接或間接轉出的串口”方式都是在機箱內通過主板串口外接線（詳見第3.2.3 節）、PCI卡（詳見第3.2.4.1 節和第3.2.4.2 節）或PCMCIA卡（第3.2.4.3 節）直接或間接地將串口外接到機箱上，然后用等價于“機箱外物理串口”的方式進行連接；“映射出的串口”（USB口）則是通過USB轉串口（圖3.56“USB轉串口”本身及左邊的線）由機箱的USB口接出，然后再連串口線；“映射出的串口”（網口）則是通過網口轉串口（圖3.56“網口轉串口”本身及左邊的線）由機箱的網口接出，然后再連串口線，此時的網口已不再作為網口使用，而是由驅動程序將其映射為一個本地串口。

　　由圖3.56可見，直連方式下的各設備完全是獨立的，互相也不會存在干擾，性能穩定，這是該方式的優點；其缺點也是顯而易見的，除了主機箱所帶的物理串口方式，其他各方式都需要增加額外的硬件，而導致成本太高，并且所增加的硬件都會占用系統其他的資源（如PCI總線的插槽、PCMICIA卡、設備后面板對外的接口槽），因而還是有一些局限性。

　　提示　如果按第3.2 節中的方式，將硬件安裝好了，但在“設備管理器”的“端口（COM和LPT）”中看不到所安硬件的串口號出現，則是因為該設備的驅動程序有問題，或是硬件故障。

　　3.4.2　USB-HUB方式組網

　　3.4.2　USB-HUB方式組網

　　在第3.2 節中提到，通過USB轉串口線，可以實現由USB到串口的轉換，進而實現與串口設備的連接，但該方法的缺點是USB轉串口是一對一的，因而要控制幾個設備不僅需要增加幾個USB轉串口的線，更重要的是需要設備提供對等數量的USB接口，而一般服務器通常最多只提供十個左右的USB接口，并且其中的部分接口還要給其他設備使用，如USB鼠標、USB鍵盤。

　　解決這一部分的辦法就是先使用USB-HUB實現USB的一轉多，然后再分別通過USB轉串口的方式轉成各個串口。

　　其組網模式如圖3.57所示。

　　這種USB一轉多的方式，雖然各個設備都共用一個串口，但USB 2.0的速度遠超過串口的速度，所以對速度不會造成太大的影響，這種方式的缺點是由于層層連接，穩定性會差一些。

　　提示　由于USB口本身難以克服的缺點，例如很多USB口無法連續數十天穩定的工作，所盡量不要以這種組網方式進行專業級監控。

　　3.4.3　串口交換機組網

　　3.4.3　串口交換機組網

　　串口交換機組網的方式是最容易理解的，也是串口交換機的價值所在。其組網模式如圖3.58所示。

　　3.4.4　并聯方式

　　3.4.4　并聯方式

　　除了上述方式之外，還有一種并聯的組網方式，由于很像物理學上的并聯關系，所以稱為并聯組網方式。其組網模式如圖3.59所示。

　　在圖3.59組網圖中，根據“如果想實現通信，則每一端的‘發送引腳’連接對方的’接收引腳’”的原則，各連接方式如下：

　　RS-422/RS-485半雙工連接方式

　　RS-422/RS-485端的T+（收發正端）連其他轉換器的T-（收發負端）

　　RS-422/RS-485端的T-（收發負端）連其他轉換器的T+（收發正端）

　　RS-422/RS-485端的GND（地）連其他轉換器的GND（地）

　　RS-422雙工連接方式

　　RS-422/RS-485端的T+（發送正端）連其他轉換器的R+（接收正端）

　　RS-422/RS-485端的T-（發送負端）連其他轉換器的R-（接收負端）

　　RS-422/RS-485端的R+（接收正端）連其他轉換器的T+（發送正端）

　　RS-422/RS-485端的R-（接收負端）連其他轉換器的T-（發送負端）

　　RS-422/RS-485端的GND（地）連其他轉換器的GND（地）

　　對于這種并連方式，也有具體的連線設備，這種設備的示意圖如圖3.60所示。其接口外形實物圖與圖3.8和圖3.10相似。

　　需要說明的是，分配器的外形和串口交換機相似，但其原理則完全不同，分配器只是一個內部并聯的簡單跳線裝置，而串口交換機，則是具有自動切換、存儲轉發功能的交換設備。因此雖然圖3.60的接口外形與圖3.8和圖3.10的接口外形很像，但圖3.8和圖3.10中的設備，其輸入和輸出都不一樣（由圖中輸入“IN”是RS-232C，而輸出“OUT”則是RS-485即可看出），因而其設備內部必然存在協議或連接的轉換，所以圖3.60所示的設備與圖3.8和圖3.10所示的設備原理也是不相同的。

　　在這種網絡中，各個設備必須有一個互斥的“地址”，整個網絡通常只有一個監控主機，所有通信命令都由監控主機發出，由于是并聯關系，所發出的命令以“廣播”的方式發給了所有被監控的設備，各個設備同時接收到了監控主機所發的命令，但在解析到命令中的“地址”后，會將解析的地址與自身設備的地址做比較，如果兩個地址不同，則直接扔掉此信息；如果相同，則處理此信息。

　　這種組網模式有以下幾個特點：

　　監控設備可以與被監控的設備進行通信，但各被監控的設備之間不能通信，而只能與監控主機進行通信。

　　在組網的時候，各被監控的設備通常需要手工地設置其“地址”，并且全網的地址不能重復。

　　該方式要求，設備只能采取“請求→回復”模式，即只有監控主機向設備請求了某個參數，設備才能回復監控主機結果，而不存在設備主動匯報狀態的情況。否則因為各設備之間互相不知道對方是否要發送信息，就可能導致同一時刻同時有多個設備回復監控主機，而監控主機只有一個串口，于是這些同時產生的回復信號互相重疊，從而產生“碰撞”（Collision），進而導致信號相互干擾而全部失效。

　　設備中，各設備距離監控主機的最遠距離不能大于所用線的最長距離限制。

　　各設備不要求一定是同種型號的設備，也不要協議一定要一致，但各設備對于不屬于自己的協議，通常會扔掉，并且對于錯誤的協議也不會回復錯誤。

　　主要用于RS-485或RS-422，而不能用于RS-232C。

　　提示　雖然該方式條件苛刻，但在現實中，卻有一定的實用性，后面要講的MODBUS協議正好可以符合其各項條件。特別是在試驗環境中，可以迅速組網，并且方便排查問題，但在工業監控環境中慎用。

　　3.4.5　串口連接線的檢測與保護

　　3.4.5　串口連接線的檢測與保護

　　串口連接線制作好以后，一般可以通過第3.3.3 節中的檢測辦法，先驗證一下線序正確與否。不過，這種檢驗辦法的不足在于，它只能驗證線序的正確性，無法檢測連接線制作的良好程度，如虛焊、接觸不良等制作工藝上的問題，以及某些接口本身的特性會在長時間運行中暴露出來。

　　根據實際使用中的經驗，總結如下：

　　USB參與的轉換類串口，可以用于短時間內的設備檢測，不適合工業監控，因為USB接口本身的設計與制作良莠不齊，通常會在使用數天至數十天后出現不穩定，這種不穩定有些只能通過重啟監控主機的操作系統解決。

　　無論是哪種串口線，都未使用完所有引腳線，這會導致剩下的幾個引腳線處于懸空未用的狀態，這并不意味著設備的內部未使用這些引腳線。因此，如果用戶在焊接時，錯誤地使用了這些引腳線，或造成了這些引腳線之間的短路，也會導致通信異常，甚至有可能燒壞電路，導致設備故障。從設計者的角度，一般也應該在敏感的引腳上加上光電轉換的元件，以避免短路造成的損壞。

　　串口連接線與串口接口相連的時候，如果雙方帶電，則最危險的就是在連接的瞬間，雙方的地線電位差過大（因為雙方的地線是直接相連的），這會導致燒掉串口電路。因此，在拔插串口線的時候，至少要保護所拔插的串口公頭和母頭兩端中，至少有一端處于斷開狀態。

　　組網時，應注意如下幾點：

　　在組網時，設備的個數，RS-422可支持10個節點，RS-485支持32個節點，多節點構成網絡時網絡拓撲一般采用終端匹配的總線型結構，不支持環形或星形網絡。在構建時一個重要的事實就是：連通并不表示能用。連接線正確性檢測較為容易，比如有設備可以通過在實際環境中的測試進行檢驗，但是連接線因設備數量過多而導致的不穩定，則較難檢測和排查，這需要在設計的時候就盡量避免。

　　連接線的布線，其重要性不亞于連接線的制作。連接線在布線的時候，應避免空間上的急轉或打結。

　　布線時應該盡量使用一條單一的連續的信號通道作為總線，從總線到節點的引出線盡量短，以便使信號在各支路末端反射后與原信號的疊加對總線信號的影響最低。

　　總線在布線時，應避免與動力線系統電源線靠近且平行布置，盡量與其距離遠一些部署。

　　整個系統中盡量使用一種電纜。各收發器應盡量均勻分布于總線上，不能在某一段總線上安裝過多的收發器，或將過長的分支引入到總線。

　　注意總線特性阻抗的連續性，在阻抗不連續點就會發生信號的反射。

　　RS-422/485網絡的傳輸介質一般選用專用的一股兩根雙絞的雙絞線或是在標準網線雙絞線中選擇兩根，在環境干擾比較大的時候，可以選用帶屏蔽的雙絞線，屏蔽層應在網絡的源端單點接地，可有效地防止外界干擾。但不能使用普通的兩根平行的電線，否則會因干擾過大而導致通信不暢，甚至導致通信中斷。

　　當RS-485網絡節點數量增加，大于32個或通信距離超過1200m時，應在網絡中適當地加入RS-485中繼器，并且最好是隔離型的，以保證網絡的通信順暢。另外，可以同時利用雙絞線的空閑連線來共地和共電源，這樣既解決了設備的供電問題，又解決了RS-485網絡中共模干擾的問題。