论文总字数：30942字

摘 要

随着采煤工业的机械化普及，液压支架的的广泛使用，液压支架的性能指标对综采工作面安全的影响日趋显著，为了生产安全，有必要对液压支架压力实时监测。

本文介绍了液压监测系统的现状，比较了该技术在国内外的差异，对液压支架压力监测技术做了简单的叙述；还介绍了RS-485总线和Modbus通信协议,比较了RS-485以及Modbus同其他总线和协议的不同；实现了基于STM32单片机系统的硬件系统设计；完成了下位机（采集分站）和上位机（通讯分站）的软件系统开发。系统软硬件联调结果表明，采集分站和通讯分站可以实现远距离的有线RS-485数据通信。该液压支架电液监测系统具有监测距离长、通信实时性强、协议公开等特点。

关 键 词：液压支架 STM32 单片机 RS-485

Hardware and software design of the monitoring system of hydraulic support

Abstract

With mining technology application, hydraulic support plays bigger role in mining construction. The influence from the characteristic of hydraulic support on efficiency of mining has become more obvious. . Therefor, It is increasingly significant to realize real-time monitoring for hydraulic support.

Aiming at the short control distance, poor real - time property and the unopened agreement of the current electro - hydraulic control system for hydraulic support, a design of online monitoring system of hydraulic support based on the RS-485 bus was proposed.Thesis firstly introduces the present situation of online monitoring system of hydraulic support at home and abroad. This paper expounds the technical level. Secondly, it introduces the RS-485 bus and Modbus protocol. Finally, a deep research on the structure of the monitoring system of hydraulic support for the communication of the RS-485 bus through software and hardware.The function includes two main parts.First is that The host computer issues orders to the communication manager via RS485communication.Second is that the communication manager receives the data send from the field devices and processes it accordingly.

Keywords: hydraulic support; stm32; RS-485;MCU

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1液压支架监测系统背景分析 1

1.2液压支架监测系统国内外的发展现状 1

1.3液压支架监测技术 2

第二章 RS-485串口标准和Modbus通讯协议 3

2.1 RS-485串口标准 3

2.1.1 RS-485接口 3

2.1.2 RS-485的特点 3

2.1.3 RS-485和其它总线的区别 3

2.2 Modbus协议介绍 4

2.2.1 Modbus的传输方式 4

2.2.2 Modbus的特点 5

2.2.3 Modbus消息帧 5

第三章 硬件系统设计 8

3.1系统结构 8

3.1.1采集器 8

3.1.2监测分站 8

3.1.3通讯分站 9

3.2中央控制单元 10

3.3 RS-485接口电路 11

第四章 软件系统设计 13

4.1STM32单片机的主程序 13

4.2 STM32单片机的中断服务程序 15

4.2.1USART/UART 初始化 16

4.2.2发送和接收数据 17

4.3 Modbus通讯 17

4.3.1 free_Modbus通讯协议 19

4.4 485通讯线程 21

第五章 系统调试 25

5.1系统调试过程 25

5.1.1系统调试方案设计 25

5.1.2 调试内容 26

5.2 调试问题与解决 26

结语 27

参考文献 28

致谢 30

附录：液压监测系统的485通讯模块主程序及PCB 31

第一章 绪 论

1.1液压支架监测系统背景分析

我国是煤炭消费大国，井下自动化控制设备可以很好克服开采环境的影响从而保障煤炭的开采安全。液压支架是综合机械化采煤中的重要设备，近年来,电液控制系统开始在支架控制上应用。在采煤时，通常用液压支架来对顶板起到支撑的作用，但是由于回采工作以及岩层运动时而导致顶板压力变化，对液压支架的压力监测就显得尤为重要。人们可以通过对液压支架监测系统反馈回来的压力数据对潜在危险做预测，防止井下世故的发生。

目前，我国在液压支架的监测方面还停留在靠技工凭借经验来分析潜在危险的阶段。这种现状有以下缺点难以克服：①不能够实时的掌握液压支架的压力情况；②要掌握压力情况需要技工去井下，这样对技工有一定的安全隐患；③对危险的预测也受到了技工的水平影响。而开发液压监测系统可以非常高效地克服上述难题。可以实现对井下情况的实时监测，及时对危险事故的发生做出预测，有效地保障了井下开采的安全问题^[3]。

1.2液压支架监测系统国内外的发展现状

我国对于液压支架技术始于20世纪60年代，到目前已经取得了一定的成就，在1995年研制出了基于液压电液控制系统的液压支架，发展到现在已经有多种型号的支架被研制出来。但是对液压支架性能参数的监测和管理方面还是处于初级阶段。

国外对液压支架技术的研究是经历了几个阶段的变化。从节式支架代替了木支架开始，发展到经改进的OMKT型的掩护式支架，再到后来使用的液压式自动化支架已经有了100年的历史。目前都采用两柱掩护式支架，在液压监测方面主要采用微机红外线电液自动控制。

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