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基于Modbus的坑道温湿度监控系统的设计
随着现代化城市的发展，地下坑道已经成为城市建设中重要组成部分。坑道作为城市基础设施之一，不仅承担着城市水、气、电、热、通信等基础设施的承载和传输作用，同时也为城市的安全稳定运营提供了重要的保障。
然而，坑道存在着温度、湿度、氧气浓度等环境因素的变化，更有甚者会出现突发事故，如:漏水、坍塌等。为了及时响应事件、保护人员和设施安全，并减少经济损失，坑道监控系统也随之应运而生。其中，基于Modbus的坑道温湿度监控系统是一种简易可行的方法。
本文将从以下三个方面介绍基于Modbus的坑道温湿度监控系统的设计：系统架构、硬件设计、软件设计。
一、系统架构
基于Modbus的坑道温湿度监控系统的系统架构分为三层：传感器层、控制器层和监控中心。
传感器层是监测坑道温度、湿度、氧气浓度的重要组成部分。通过传感器采集环境温湿度、氧气浓度等数据，将数据传输给控制器。
控制器层是执行坑道监测策略的重要组成部分。通过采集传感器层数据，并进行处理，根据预设的控制策略，向监控中心发送数据，实现对坑道监控状态的可视化。其采用STM32单片机作为主控芯片，外加以太网通信模块和Modbus串口通信模块，完成其与监控中心的联网交流及与传感器的数据采集。
监控中心是整个系统的管理和操作中心。系统数据的汇总、存储和展示都在监控中心进行。其主要由计算机和应用软件构成，用来实现数据处理、统计分析、报表输出、报警提示等管理工作。
二、硬件设计
Modbus通过串口通信，实现了设备之间数据的传输。因此，为了实现坑道监测数据的传输和控制，需要进行相应的硬件设计。具体包括传感器选择和接口设计、控制器选择和接口设计。
传感器的选择与接口设计：在监测坑道环境温湿度和氧气浓度方面，可以选择相应功能的传感器，如:SHT200传感器、MQ-7气敏传感器等。此外，为了保证传输的正确性和稳定性，传感器与控制器间的接口采用了RS485串口通讯模式。
控制器的选择与接口设计：STM32系列单片机具有内置的Modbus从站协议栈，能够提供方便快捷的Modbus通讯方式。同时，为了将数据传输到监控中心，控制器采用了以太网通讯模块，支持TCP/IP协议的通讯方式。控制器与传感器之间通过RS485串口通讯方式进行数据传输。
三、软件设计
系统软件设计涉及到嵌入式软件、嵌入式系统跨平台数据库及计算机端软件设计及开发。系统主要采用C语言进行编程设计。
嵌入式软件设计：单片机的嵌入式程序采用用KeilC语言编写。程序主要完成STM32的硬件驱动、任务调度、系统维护等工作。同时，支持以太网和RS485串口通讯模式，实现控制器和监控中心之间的数据传输。
嵌入式系统跨平台数据库设计：数据储存功能使用eCosPro系统下的eXtremeDB嵌入式数据库提供支持。
计算机端软件设计及开发：监控中心软件设计采用Java语言进行编程，主要完成监控数据的采集、处理、存储、查询和呈现功能。同时，支持可视化展示坑道环境数据、预警与警告功能，保障坑道监控实时有效。
总的来说,基于Modbus的坑道温湿度监控系统设计，可以实时监测坑道环境，及时提供温湿度、氧气浓度数据，为坑道的长期安全运行提供重要的保障。