自動(dòng)氣象站RS232串口通訊故障測(cè)試方法分析

趙建凱

摘 要：介紹了自動(dòng)氣象站RS232通訊故障的類型以及故障排除流程，通過(guò)分析RS232串口通訊結(jié)構(gòu)與原理，結(jié)合實(shí)際測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，推導(dǎo)總結(jié)出一種使用萬(wàn)用表電壓檔測(cè)試RS232端口電壓，進(jìn)行通訊硬件故障排除的方法。

關(guān)鍵詞：RS232；自動(dòng)氣象站；串口通訊

中圖分類號(hào)：S16 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190530067

引言

目前內(nèi)蒙古自治區(qū)布設(shè)的國(guó)家級(jí)自動(dòng)氣象站、區(qū)域自動(dòng)氣象站、無(wú)人自動(dòng)氣象站等用到RS232通訊的設(shè)備、傳感器、采集器越來(lái)越多，針對(duì)RS232通訊故障的排除方法變的越來(lái)越重要，高效的測(cè)試方法和流程能夠大大縮減故障排除時(shí)效，提高數(shù)據(jù)可用率，減輕工作人員工作負(fù)擔(dān)[1]。

1 動(dòng)氣象站中的RS232通訊

自動(dòng)氣象站所采用的RS232串口通訊方式均為異步全雙工方式，以DZZ5型自動(dòng)氣象站為例，涉及到RS232串口通訊方式的部件包括：DNQ1能見度傳感器與HY1105能見度分采集器、HY1105能見度分采集器與DPZ1串口服務(wù)器、HY3000主采集器與DPZ1串口服務(wù)器、PTB210氣壓傳感器與HY3000主采集器等。RS232的硬件連接采用交叉線的形式，連接圖如下圖1所示，A設(shè)備的發(fā)送端Tx與B設(shè)備的接收端Rx相連，B設(shè)備的發(fā)送端Tx與A設(shè)備的接收端Rx相連。

RS232通訊方式在正確做好硬件連接的前提下，需要保證兩端設(shè)備的通訊參數(shù)一致，才能正常傳輸數(shù)據(jù)，通常包括波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、奇偶校驗(yàn)位等參數(shù)。

2 RS232串口通訊常見故障

在業(yè)務(wù)運(yùn)行過(guò)程中，RS232串口易發(fā)故障多種多樣，發(fā)生的故障通?？煞譃檐浖收吓c硬件故障，軟件故障包括參數(shù)錯(cuò)誤、命令格式錯(cuò)誤等，硬件故障包括線序錯(cuò)誤、線纜短路斷路故障、接頭端子連接故障等。從故障現(xiàn)象來(lái)分，可分為串口通訊中斷故障和串口通訊亂碼故障，前者可能由串口參數(shù)錯(cuò)誤或硬件連接錯(cuò)誤導(dǎo)致，后者一般由串口參數(shù)錯(cuò)誤、Rx虛接、GND虛接等導(dǎo)致。

針對(duì)串口通訊的故障現(xiàn)象，通常采用的故障排除流程為，檢查硬件連接的完整性；分別檢查各設(shè)備通訊參數(shù)；再次詳細(xì)進(jìn)行硬件連接的檢查，包括線序的檢查、短路檢查、斷路檢查以及其他硬件故障檢查。

可見，硬件的檢測(cè)至關(guān)重要，而其中的線序檢測(cè)、短路檢測(cè)、斷路檢測(cè)等，通常采用萬(wàn)用表的蜂鳴檔完成，在檢測(cè)過(guò)程中，首先需要將自動(dòng)站系統(tǒng)電源斷開，其次由于萬(wàn)用表表筆長(zhǎng)度有限，所以需要在線纜一端進(jìn)行接線的更改，實(shí)際操作過(guò)程對(duì)于臺(tái)站技術(shù)保障人員來(lái)說(shuō)過(guò)于繁雜，具有較高的技術(shù)要求，同時(shí)會(huì)無(wú)上限的延長(zhǎng)數(shù)據(jù)中斷時(shí)長(zhǎng)。所以有必要找到一種更加快捷方便的硬件檢測(cè)方法。

3 RS232測(cè)試方法研究

3.1 RS232電平

EIA-RS-232C標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電氣特性、邏輯電平和各種信號(hào)線功能都作了規(guī)定，在Tx和Rx上，邏輯1（MARK）=-3V～-15V；邏輯0（SPACE）=+3～+15V。也就是當(dāng)傳輸電平的絕對(duì)值大于3V時(shí)，電路可以有效地檢查出來(lái)，介于-3～+3V之間的電壓則無(wú)意義，低于-15V或高于+15V的電壓也認(rèn)為無(wú)意義，所以在實(shí)際工作時(shí)應(yīng)保證電平在-3～-15V或+3～+15V之間[2]。

而采集器或者傳感器內(nèi)部通用電平為TTL或者CMOS電平，所以在不同設(shè)備間使用RS232協(xié)議進(jìn)行通訊時(shí)存在圖2中的關(guān)系，A設(shè)備的內(nèi)部TTL電平首選轉(zhuǎn)換為RS232電平，在設(shè)備外部通過(guò)RS232通訊方式與B設(shè)備連接，B設(shè)備內(nèi)部將RS232電平轉(zhuǎn)換為TTL電平，進(jìn)行相應(yīng)的信號(hào)處理。

EIA RS-232C采用正負(fù)電壓來(lái)表示邏輯狀態(tài)，與TTL以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同。因此，為了能夠同計(jì)算機(jī)接口或終端的TTL器件連接，必須在EIA RS-232C 與TTL電路之間進(jìn)行電平和邏輯關(guān)系的轉(zhuǎn)換，目前較為廣泛地使用集成電路轉(zhuǎn)換器件來(lái)完成TTL電平到EIA電平的轉(zhuǎn)換，而國(guó)產(chǎn)自動(dòng)氣象站設(shè)備的轉(zhuǎn)換芯片大部分采用SP3232實(shí)現(xiàn)，DNQ1能見度儀為進(jìn)口設(shè)備，所以并非使用該芯片，所以電壓幅值略有不同。

3.2 SP3232芯片

SP3232性能指標(biāo)如下表1所示；SP3232驅(qū)動(dòng)器端口結(jié)構(gòu)如圖3所示。其工作電壓為3.3～5.5V，驅(qū)動(dòng)器輸出電壓為±5.4V（5V供電電壓時(shí)），接收器輸入電壓可以為-15～+15V。

從圖3可以看出，SP3232芯片共有2組轉(zhuǎn)換通道，以通道1為例，引腳11為TTL電平輸入端，引腳12為TTL電平輸出端，引腳14為RS232邏輯驅(qū)動(dòng)器輸出端（Tx端），引腳13為RS232邏輯接收器輸入端（Rx）。

在異步串行通訊中，數(shù)據(jù)的格式為“起始位+數(shù)據(jù)位+停止位”，其中起始位1位，數(shù)據(jù)位可以是5、6、7、8位，停止位可以是1、1.5、2位。起始位對(duì)于正邏輯的TTL電平是一位低電平；停止位對(duì)于正邏輯的TTL電平是高電平。傳輸線路空閑或者數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束時(shí)，對(duì)于正邏輯的TTL電平，線路總是高電平，而對(duì)于負(fù)邏輯的RS232電平，則電壓為-3～-15V之間[3]。

3.3 RS232端口測(cè)試方法分析

對(duì)于SP3232，當(dāng)數(shù)據(jù)線路空閑且斷開時(shí)，圖3中的RS-232 OUTPUTS端口（驅(qū)動(dòng)器輸出端）為-5.4V，而RS-232 INPUTS端由于是接收端，具有較高的輸入阻抗，同時(shí)連接了5KΩ的負(fù)載電阻，所以此端口電壓為0。故當(dāng)2個(gè)設(shè)備正確連接，且數(shù)據(jù)線路空閑時(shí)，2臺(tái)設(shè)備的Rx端電壓與Tx端電壓均為-5.4V，Rx與Tx間電壓則為0。

對(duì)于圖1的硬件連接，線路空閑時(shí)，A設(shè)備的VTx=-5.4V，VRx=-5.4V，說(shuō)明A設(shè)備Rx與B設(shè)備Tx連接線路正確。同理，測(cè)量B設(shè)備VTx與VRx可判斷另外一條線路的連接狀況。在分別測(cè)試2設(shè)備RS232端口電壓后即可判斷出RS232傳輸線路的硬件故障，必要時(shí)可以拔下端子進(jìn)行端口的測(cè)量。

此外，實(shí)際測(cè)試發(fā)現(xiàn)DNQ1能見度的Tx端電壓在數(shù)據(jù)線路空閑時(shí)為-8.3V，其原因是電平轉(zhuǎn)換芯片不同，但該值位于-3～-15V之間，電平邏輯無(wú)誤。對(duì)于PTB210氣壓傳感器，由于其直接通過(guò)短線連接于主采集器，且1min內(nèi)進(jìn)行多次數(shù)據(jù)收發(fā)，使用萬(wàn)用表電壓檔并不能準(zhǔn)確的測(cè)量到線路空閑狀態(tài)，但可以通過(guò)線纜顏色以及接頭狀態(tài)進(jìn)行硬件連接判斷。

由于Tx端為驅(qū)動(dòng)端，所有使用萬(wàn)用表的電流檔測(cè)量Tx端會(huì)有明顯的電流，而Rx端即使電壓不為0，也沒有電流輸出。

4 結(jié)論

通過(guò)實(shí)際測(cè)試以及工作原理推導(dǎo)，說(shuō)明通過(guò)使用萬(wàn)用表的電壓檔測(cè)試RS232端口電壓來(lái)進(jìn)行RS232通訊硬件檢測(cè)的方法，作為故障排除的手段，能夠大大縮減RS232通訊故障的故障排除時(shí)間，提高故障排除時(shí)效性，提高數(shù)據(jù)可用性，降低故障排除難度，對(duì)于自動(dòng)氣象站RS232通訊系統(tǒng)，該方法是一種可靠高效的測(cè)試測(cè)量方法。

參考文獻(xiàn)

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