论文总字数：22105字

摘 要

我国煤炭资源非常丰富。虽然在当下提倡利用太阳能，风能等新能源，但是随着煤汽化等新技术的发展及广泛应用，煤炭仍然是我们日常生活中的必不可少的能源之一。近年来随着经济的快速发展，煤炭等能源的需求也不断增长，呈现出求过于供的局面。煤矿的开采要想得到进一步的发展，就需要在技术上有更多的提升。其中钻孔应力计在采矿中的应用就十分重要。但是考虑到矿井作业具有潜在的危险性，需要设计出一款能够实现远距离传输的钻孔应力计，来实现实时监测煤矿预留煤柱应力的变化。因此485通讯技术成为了极佳的选择。

本文所要介绍的内容就是如何利用STM32嵌入式操作系统，结合MODBUS通讯协议，完成钻孔应力计485通讯模块的软硬件设计。首先介绍了485通讯的特点和优势以及485通讯的传输方式等，然后介绍了硬件和软件的设计过程，其中包括详细的原理图，PCB图，流程图及部分程序等。最后介绍了部分系统功能的调试和处理的相关内容。

关键词：钻孔应力计 485通讯 MODBUS通讯协议 STM32嵌入式系统

Hardware and software design of 485 communication module for drilling stress meter

Abstract

China's coal resources are rich, although in the moment to promote the use of solar energy, wind and other new energy, but with the development of coal and other new technologies and widely used, coal is still one of the essential energy sources in our daily lives. In recent years, with the rapid economic development, coal and other energy demand is also growing, showing a situation too much for the situation. Coal mining in order to get further development, we must have more technology to enhance, drilling stress meter in the application of mining is also very important. But taking into account the potential risk of mine operations, need to design a can achieve long-distance transmission of the drilling stress meter, to achieve real-time monitoring of coal pillars installed in the stress changes. So 485 communication technology has become an excellent choice..

This article will introduce the content is how to use STM32 embedded operating system, combined with MODBUS communication protocol, complete the drilling stress meter 485 communication module hardware and software design. First introduced the characteristics and advantages of 485 communication and 485 communication transmission, and then introduced the hardware and software design process, including detailed schematics, PCB plans, flow charts and some procedures. Finally, some of the system functions of the debugging and processing of the relevant content.

Keywords: Drilling stress meter; 485 communication; MODBUS communication protocol; STM32 embedded system

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 选题背景以及发展现状 1

1.3 选题的目的和意义 1

1.4 本文工作内容与结构 2

第二章 RS-485通讯介绍 3

2.1 RS-485的相关知识 3

2.1.1 RS-485的发展 3

2.1.2 RS-485的特点 3

2.2 RS-485通讯方式 4

2.3 RS-485的拓扑结构 5

第三章 485通讯模块硬件电路设计 7

3.1 硬件设计平台及PCB绘制 7

3.1.1 开发工具Altium Designer 7

3.1.2 硬件PCB图设计与焊接 8

3.2 各模块的硬件设计 9

3.2.1 主芯片STM32F103RC 9

3.2.2 485模块芯片ADM2587E 11

3.2.3电源电路 13

3.2.4 时钟电路 13

3.2.5显示模块 14

3.2.6 晶振电路 15

3.2.7复位电路 16

第四章 485通讯模块软件设计 18

4.1 软件设计整体流程 18

4.2 MODBUS通讯协议 19

4.2.1 MODBUS协议简介 19

4.2.2 MODBUS协议的结构 19

4.3 RS-485通讯驱动程序设计 21

4.3.1 RS-485初始化 21

4.3.2 通讯分站程序 22

第五章 系统调试 25

5.1 硬件调试 25

5.2 软硬件联合调试结果 25

5.3 调试过程中遇到的问题及解决方法 28

结语 29

参考文献 30

致谢 32

第一章 绪论

1.1 引言

在采煤井下工作时经常使用钻孔应力计。钻孔应力计是一种结构特殊的振弦传感器，可用于测量煤层应力的变化。但是在实际工程当中不仅要克服矿井作业的恶劣环境因素，更要面对测量数据量大，传输长度远等困难。而同时具有传输距离远、传输速率高、控制方便等优点的485通讯可以满足以上的需求。

RS-485是电子工业协议以RS-422为前提制定的一种标准。RS-485只设定了接口的电气标准，并没有对其它设备有一定的要求，也没有对协议有一定的要求（只要是适合485通讯模式的协议就行）。本文设计的钻孔应力计485通讯模块运用的是Modbus通讯协议。

1.2 选题背景以及发展现状

煤矿作业是危险系数非常高的工作，稍有不慎就有可能发生不可逆转的灾难。因为考虑到这种特殊情况，一般可以在地面现场实时运作的设备大多是不能直接运用到矿井下工作，所以煤矿监控技术的发展并没有与常用的工业控制技术一样经历多代技术革新，而是存在许多可以改进的地方，这就直接导致了井下安全事故的发生率一直较高，工人的安全以及公共财产的安全难以得到保证。

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