从智能家居到工业自动化，传感器的应用无处不在。而其中，传感器通讯协议在实际应用中起着至关重要的作用。它定义了传感器设备与数据接收端之间进行数据传输的规范和约定。常用的的协议包含串行接口（RS-232、RS-485）、UART、IIC、SPI、CAN、LAN等。本文将介绍这几种常见的传感器通讯传协议，并探讨它们的应用场景和优缺点。
串行接口：
RS-232接口是美国电子工业协会EIA（Electronic Industry Association）制定的一种串行物理接口标准，曾被广泛应用于各种设备之间的数据传输。它使用负逻辑电平，具有传输距离短、速度慢、抗干扰能力较弱等特性。但由于其较低的传输速度和较短的传输距离（最多仅50米），RS-232接口已被其他更先进的通讯协议所取代，目前较少有设备使用。
图：RS-232接口示意
作为升级版，RS-485在传送距离（最大传输距离1200米）、传输速度（最大传输速率10Mbps）、抗干扰方面全面超越RS-232。RS485无具体的物理形状，根据工程的实际情况而采用的接口，可实现一对多通信，使用RS485作为物理层的常用协议主要有工业HART总线、modbus协议、Profibus DP等。
美思先端MGS11系列冷媒传感器作为NDIR类气体测量传感器，就支持了包含RS485在内的多种通讯模式，具备内置温度补偿和自校准功能，能够精确测量环境中制冷剂的气体浓度，具有使用寿命长、测量精度高、气体选择性好、性能稳定等优点。
图：支持RS485信号输出方式的美思先端MGS11系列冷媒传感器
此外，串行接口还包括常见的USB（Universal Serial Bus通用串行总线）、RJ-45以太网接口等，但此类接口一般不应用于传感器设备中。
UART协议（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）：
UART 中文名为通用异步收发传输器，是一种简单的串行通信协议，使用两条线进行双向通信（TX 发送，RX 接收）。它主要用于设备之间的点对点通信，不需要时钟信号同步，适合低至中速的数据传输。
作为最常用的串行通信技术之一，UART被大量应用于GPS、蓝牙模块、4G、GPRS等设备中。它的最大特点是把并行数据转换为串行数据在链路上传送，到对端再把串行数据转换为并行数据。
在传感器通讯中，串行接口和UART协议是互相配合的两个部分。以公交系统举例，公交运行可以简单分成两个部分：车站和公路，其中车站决定了车上装什么（人），怎么发送（班次）等。 当汽车跑在路上，就要遵守公路交通的规则，过桥有过桥的规则，高速有高速的规则，和车站没有关系了。 在传感器通讯中，UART就相当于车站，而RS232/RS485则对应于公路的规则。
SPI通信协议（Serial Peripheral Interface）：
串行外设接口简称SPI，是一种高速、全双工的通信协议，使用至少四条线（MOSI、MISO、CLK和CS）, 允许一个主设备与多个从设备在短距离内高效交换数据，常用于需高速数据传输的应用场合。它使用单独的时钟和数据线，还有一条选择线来与多个外设通信。作为一种同步接口总线，它可用于诸如esp32，stm32等单片机和传感器之间收发数据。
图：SPI通讯协议通信流程示意
IIC协议（Inter-Integrated Circuit）:
IIC同样是一种串行接口协议，由飞利浦公司在1982推出，是一种短距离通信协议。使用2条链路进行数据通信：SDA线和SCL线。其中SDA用于传送数据。而SCL用来承载时钟。SDA上传输的每个数据位都通过 SCL上每个时钟的高电平脉冲与低电平脉冲同步。
总体来说，IIC通信协议采用半双工通信，比SPI简单，成本低，具有ACK/NACK，处理错误能力强，但它的传送速率比较慢，适合数据量小、传输速度要求不高的使用场景。
图：支持UART/IIC/PWM等信号输出方式的美思先端MPM10系列PM2.5激光粉尘传感器
CAN协议（Controller Area Network）：
在汽车产业中，各种各样的电子控制系统日益增多，其对数据通讯和信号传输线缆的需求也变得越来越多。为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN通信协议。
CAN 的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。
LIN协议（Local Interconnect Network）：
LIN是面向汽车地段分布式应用的低成本的串行通讯网络，用于实现汽车中的分布式电子系统控制。LIN 的目标是为现有汽车网络(例如CAN 总线)提供辅助功能，因此LIN总线是一种辅助的总线网络。在不需要CAN 总线的带宽和多功能的场合，比如智能传感器和制动装置之间的通讯使用LIN总线可大大节省成本。
考虑到LIN协议在车载场景中的优势，在美思先端的产品阵列中，车载产品如MGC20-CO2车用二氧化碳传感器、MCS63-AC车用组合式传感器、MPM60-C4车用PM2.5粉尘传感器等，均采用其作为通讯信号输出方式，极大地提高了厂商在使用和集成过程中的便捷度，进一步推动终端产品研制成本的降低。
图：采用LIN协议的美思先端MPM60-C4车用PM2.5粉尘传感器
以上简单介绍了传感器领域中常见的几种信号通讯方式。在实际应用中，根据产品种类和使用场景，传感器还会使用模拟信号、PWM等信号输出方式，满足用户对传感器使用的各类需求。美思先端作为国内领先的MEMS传感器解决方案供应商，旗下产品已涵盖温度、气体、粉尘等领域，并具备芯片设计、测试、封装、生产能力，可满足各类用户定制化产品需求，欢迎垂询！
