一、课题研究的背景及意义

顶板离层是指矿井巷道周围围岩与远离周边的围岩之间变形速度出现台阶式越变，当离层达到一定值时，顶板有可能发生破坏和冒落。所以，顶板离层是巷道围岩失稳的前兆^[1]。如果能够实时、准确地检测出岩土内部的离层情况，并在离层达到预定的临界值之前及时预警并采取措施来维护稳定，就可以避免事故的发生。

顶板离层仪是一种监测顶板岩层移动的专用仪器，它可以分别显示锚杆长度范围内和锚杆范围外的顶板岩层的离层情况，为开采煤矿的工程技术人员提供所用锚杆的长度、抗拉强度等信息。技术人员根据顶板离层仪观测到的数据分析，得出不同的地质条件、岩性变化等情况，总结出了锚网巷道锚网范围内离层量，及时采取其它有效的支护措施，防止顶板塌落事故的发生，确保安全生产。

近年来，随着电子技术的不断革新与发展，更加先进的微控制器和通讯模块被应用于顶板离层仪，使其可以实现远程多点的动态监测并且监测的精度和稳定性也在不断提高。RS-485通讯模块、Modbus通讯协议和stm32嵌入式软件系统的出现和发展对于顶板离层仪的改良和进步有着极大的意义。本课题就以此为背景，详细研究了一种顶板离层仪监测系统485通讯模块的设计方案。

二、研究和使用现状

目前，国内广泛采用的顶板离层仪多为机械式，用蓝、黄、红三种颜色来表示顶板移进量的程度：蓝色表示安全区，顶板较稳定；黄色表示警戒区，顶板不稳定；红色表示危险区，顶板离层较大。或者，有液晶显示屏，可以显示出测得的数据。

但是，无论是以上哪种方式，都需要工人进行人工观测、采集数据，及时汇报并采取相关措施。这种方式的数据实时性差，顶板离层仪的数据得不到及时、有效的处理；且数据连续性差，存在数据的丢失问题^[5]。在发生危险状况时，很可能由于观测不及时而错过了采取有效措施的时间从而导致安全事故的发生。再者，数据需要由技术人员手动录入计算机，录入、处理、分析数据的工作效率较低。

近年来，为了改善顶板离层仪的工作效果，许多研究人员先后提出了多种顶板离层仪自动化监控系统的设计方案。顶板离层仪自动化监控系统可以实现对顶板离层数据的连续采集和传输，并实时把采集到的数据自动进行分析，如果存在安全隐患就自动发出声光报警。这样既可以及时、高效地监测顶板的情况，又可以节省人工成本。

周李兵，孙俊驰^[2]提出了一种基于485总线式输出模块、MCU的监控系统设计。由围岩移动传感器测得顶板位移量经AD转换后传至MCU，MCU计算的到最终数据并经LED数码管显示、RS485输出至上位机。该方案实现了顶板离层仪的自动监测，很大程度上减少了人工的参与。但是，他们仅仅给出了单个监测点的简单模型，并没有考虑到实际情况下需要多个监测点。所以没有给出当存在多个监测点时，协调各监测点的数据传输的方案。