本文针对地磅数字式称重传感器的串行通讯方式，对目前RS- 485通讯（四线 制）和RS- 485俩线制）作以下介绍和分析。

一、引言

目前国内市场数字称重传感器的通讯方式主 要采用两线制RS-485接口，也有部分厂家采用四 线制RS-485接口。随着数字称重传感器厂家的大 力推广和客户实际使用的良好效果，数字称重传 感器的应用范围逐年扩大。市场竞争越加激烈，两线制和四线制将成为数字称重传感器应用技术 讨论的重要议题。

其实从专业技术角度归纳起来我们讨论的本 质问题，就是数字称重传感器两线制和四线制 RS-485接口的通讯问题（两线制RS-485加电源 正和电源负两根线后就是目前衡器厂家所谓的四 线制数字式称重传感器，四线制RS- 485加电源正 和电源负两根线后，就是目前地磅厂家所谓的六 线制数字式称重传感器）。无论是RS-485接口还 是我们熟悉的RS-232接口，都属于串行通讯接 口。本文就数字式称重传感器的串行通讯方式作 以下介绍和分析。

二、RS- 485串口通讯的发展史简介

RS-232、RS-422与RS-485都是串行数据接 口标准，最初都是由美国电子工业协会（EIA制 订并发布的，RS-232在1962年发布，命名为 EIA-232-E，作为工业标准，以保证不同厂家产品 之间的兼容。RS-422由RS-232发展而来，它是 为弥补RS-232之不足而提出的。为改进RS-232 通信距离短、速率低的缺点，RS-422定义了一种 平衡通信接口，将传输速率提高到10Mb/s，传输 距离延长到4000英尺（速率低于100kb/s时），并 允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。 RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡 传输规范，被命名为nA/EIA-422-A标准。为扩 展应用范围，EIA又于1983年在RS-422基础上 制定了 RS-485标准，增加了多点、双向通信能 力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同 时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩 展了总线共模范围，后命名为TIA/mA-485-A标准。由于EIA提出的建议标准都是以“RS”作为 前缀，所以在通讯工业领域，仍然习惯将上述标 准以RS作前缀称谓。

RS- 232、RS- 422与RS- 485标准只对接口的 电气特性做出规定，而不涉及接插件、电缆或协 议，在此基础上用户可以建立自己的高层通信协 议。因此在视频界的应用，许多厂家都建立了一 套高层通信协议，或公开或厂家独家使用。如录 像机厂家中的Sony与松下对录像机的RS- 422控 制协议是有差异的，视频服务器上的控制协议则 更多了，如Louth、Odetis协议是公开的，而Pro- LINK则是基于Profile上的。

1.RS-232串行接口标准

目前RS- 232是PC机与通信工业中应用最广 泛的一种串行接口。RS-232被定义为一种在低速 率串行通讯中增加通讯距离的单端标准。RS- 232采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯。

收、发端的数据信号是相对于信号地，如从 DTE设备发出的数据在使用DB25连接器时是2脚 相对7脚（信号地的电平。典型的RS-232信号 在正负电平之间摆动，在发送数据时，发送端驱 动器输出正电平在+5?+15V，负电平在-5? -15V电平。当无数据传输时，线上为TTL，从开 始传送数据到结束，线上电平从TTL电平到 RS-232电平再返回TTL电平。接收器典型的工作 电平在+3?+12V与-3?-12V。由于发送电平与 接收电平的差仅为2V至3V左右，所以其共模抑 制能力差，再加上双绞线上的分布电容，其传送距 离最大约为15米，最高速率为20kb/s。RS- 232是 为点对点（即只用一对收、发设备）通讯而设计 的，其驱动器负载为3?7kQ。所以RS-232适合 本地设备之间的通信。其有关电气参数参见下表。

2.RS-422与RS-485串行接口标准

2.1平衡传输

RS-422、RS-485 与 RS-232 不一样，数据信号采用差分传输方式，也称作平衡传输，它使用 一对双绞线，将其中一线定义为A，另一线定义 为 B。

通常情况下，发送驱动器A、B之间的正电平 在+2?+6V，是一个逻辑状态，负电平在-2? 6V，是另一个逻辑状态。另有一个信号地C，在 RS-485中还有一 “使能”端，而在RS-422中这 是可用可不用的。“使能”端是用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接。当“使能”端起作 用时，发送驱动器处于高阻状态，称作“第三 态”，即它是有别于逻辑“1”与“0”的第三态。

接收器也作与发送端相对的规定，收、发端 通过平衡双绞线将AA与BB对应相连，当在收 端AB之间有大于+200mV的电平时，输出正逻 辑电平，小于-200mV时，输出负逻辑电平。接 收器接收平衡线上的电平范围通常在200mV至 6V之间。

2.2RS- 422 电气规定

RS-422标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”，它定义了接口电路的特性。实际上 还有一根信号地线，共5根线。由于接收器采用 高输入阻抗和发送驱动器比RS- 232更强的驱动能 力，故允许在相同传输线上连接多个接收节点， 最多可接10个节点。即一个主设备（Masted，其 余为从设备（Salv)，从设备之间不能通信，所以 RS-422支持点对多的双向通信。接收器输入阻抗 为4k，故发端最大负载能力是10x 4k+100Q (冬 接电阻）。RS-422四线接口由于采用单独的发送 和接收通道，因此不必控制数据方向，各装置之 间任何必须的信号交换均可以按软件方式 (XON/XOFF握手）或硬件方式（一对单独的双绞 线)实现。

RS-422的最大传输距离为4000英尺（约1219米），最大传输速率为10Mb/s。其平衡双绞 线的长度与传输速率成反比，在100kb/s速率以 下，才可能达到最大传输距离。只有在很短的距 离下才能获得最高速率传输。一般100米长的双 绞线上所能获得的最大传输速率仅为1Mb/s。

RS-422需要一终接电阻，要求其阻值约等于 传输电缆的特性阻抗。在矩距离传输时可不需终 接电阻，即一般在300米以下不需终接电阻。终 接电阻接在传输电缆的最远端。

2.3RS- 485电气规定

由于RS-485是从RS-422基础上发展而来 的，所以RS-485许多电气规定与RS-422相仿。 如都采用平衡传输方式，都需要在传输线上接终 接电阻等。RS-485可以采用两线与四线方式，两 线制可实现真正的多点双向通信。

而采用四线连接时，与RS-422 —样只能实现 点对多的通信，即只能有一个主（Masted设备， 其余为从设备，但它比RS-422有改进，无论四线 还是两线连接方式总线上可多接到32个设备。

RS-485与RS-422的不同还在于其共模输出 电压是不同的，RS-485是-7V至+12V之间，而 RS- 422在-7V至+7V之间，RS- 485接收器最小 输入阻抗为12k，RS-422是4k; RS-485满足所 有RS-422的规范，所以RS-485的驱动器可以在 RS- 422网络中应用。

RS-485与RS-422 —样，其最大传输距离约 为1219米，最大传输速率为10Mb/s。平衡双绞线 的长度与传输速率成反比，在100kb/s速率以下， 才可能使用规定最长的电缆长度。只有在很短的 距离下才能获得最高速率传输。一般100米长双 绞线最大传输速率仅为 1Mb/s。

RS-485需要2个终接电阻，其阻值要求等于 传输电缆的特性阻抗。 在矩距离传输时可不需终 接电阻，即一般在300米以下不需终接电阻。终 接电阻接在传输总线的两端。

三、两线制和四线制的RS-485的通讯效率

RS-485接口的唯一作用就是数据通讯，两线制的RS-485通讯是半双工的，即不能同时收发数 据。大家为了得到RS-232的全双工效率，又兼顾 有RS-485远距离通讯的能力，于是就有了四线制 的 RS- 485。

从理论上分析，半双工的器件同一时刻只能 发送数据或者只能接收数据，而全双工的器件能 够同时发送和同时接收数据，因而全双工（四线 制)是半双工（两线制）效率的两倍。由于数字 称重传感器通讯的应答机制的关系，数字称重传 感器实际通讯的时候却根本无法实现全双工的通 讯。即使硬件上有同时收发数据的能力，但也无 法同时使用。所以就实际应用而言，两者效率是 相同的。就好比用一双筷子吃饭用的好好的却偏 偏要用两双筷子吃饭一样。

为什么四线制的效率不能超过两线制的 RS-485方式呢？这主要取决于数字称重传感器通 讯的机制，通过图1、图2就会比较清楚的知道通 讯的过程和效率了。

当数字称重传感器工作在应答式通讯方式 时，米用一问一答方式通讯。从图1上分析两线 制和四线制两者效率完全相同。当数字称重传感 器工作在广播通讯方式时，采用广播命令发送， 数字称重传感器自动按地址号顺序返回数据。从 图2上分析这种通讯方式效率非常高，接近应答 式通讯的2倍，但是我们看到的两线制和四线制 效率也是完全一样的。所以无论是两线制还是四 线制数字称重传感器在相同波特率下通讯效率是 相同的。

四、两线制和四线制的RS-485的接线方式

图3是两线制的RS-485连接电路图原理。其连接关系非常简单，所有接口的A与A相连接， 所有接口的B与B相连接就可以通讯。即假如有 8个数字称重传感器，8个A并联在一起，8个B并联在一起，再与仪表的AB相连接即可。

图4是四线制的RS-485连接电路图原理，它 是由两片RS-485芯片搭接而成。其信号定义和 RS-422相同,分别为：T+、T-、R+、R-四根信号 线。其连接关系比较复杂繁琐，正常通讯为T+接 R+、T-接R-、R+接T+、R-接T-。实际接线时 比较容易接错，工作时间和劳动强度相对于两线 制的RS-485要多出1倍以上。

我们以一个实际的数字地磅安装为例，一 套四线制通讯的数字地磅和一套两线制的数字地磅进行对比。

四线制通讯数字称重传感器：电缆线6根(含电源线），8个数字称重传感器，共计接线量 6X 8=48 根。

两线制通讯数字称重传感器：电缆线4根 (含电源线），8个数字称重传感器，共计接线量 4x 8=32 根。

如果现场实际接线错误，排查时间和劳动强 度与线的数量成正比。

五、两线制和四线制的RS- 485抗干扰和故 障率问题

1.两线制和四线制的RS-485抗干扰问题

两线制RS-485是目前使用的最多的通讯方式 之一，其较远的通讯距离和良好的信号传递能力

以及其良好的经济性，在某些场合有着无法替代 的作用。从其诞生到现在一直是工业场合通讯的 首选，直至目前，各大半导体厂家还在源源不断 推出各种新的RS-485接口芯片。例如：ADI公司 的 ADM2482E、ADM2485、ADM2490E，Maxim 公 司的 MAX13430E、MAX13431E、 MAX13432E、 MAX13433E，德州仪器公司的SN55LBC180、 SN65175、SN65176B 等等。

四线制是由两线制的RS-485搭接而来（如图 4，目前也有将两个RS- 485集成的四线制 RS-485芯片。四线制的RS-485通讯传输器件的 好坏取决于两线制的RS-485器件的好坏，因为它的质量是建立在传统RS- 485器件上。如果两线制 的通讯方式容易受到干扰，则四线制的更加容易 受到干扰。因为四线制器件更多，传输线更多。

实际情况是，如果我们将电源、接地、硬件 保护电路和软件容错机制处理好的话，无论是四 线制还是两线制都不会有问题。四线制还是两线 制的RS- 485通讯可靠性的核心是故障，即可靠性 是由故障引发出来的，影响故障率的因素主要有： (1）故障率与电子元件的质量直接相关。

(2）与器件的数量成正比，元器件数量越多故 障概率越高。

(3）与焊点的数量成正比，焊点数量越多虚焊 概率越高。

(4）连接线的数量成正比，连接线数量越多故 障概率越高。

(5）连接线的长度成正比，导线越长故障概率 越高。

(6）接头端子的数量成正比，接头端子越多接 触不良故障概率越高。

从以上的故障率看两线制明显优于四线制通讯。

六、目前国内采用两线制RS- 485的数字称重传感器厂家（排名不分先后).

七、结语

我个人认为数字式称重传感器中两线制明显 优于四线制RS-485通讯，如果五年后地磅的模拟称重传感器将由数字称重传感器全面替代，届时国内数字称重传感器的销量将达到每年80万 只，如果都用四线制RS-485通讯，将造成所用电 缆线浪费每年2720万米，可以绕地球2圈还有剩 余。从而产生的环保问题将是不可忽视的，这将 与世界环保的大趋势背道而驰.