DB14 T 1731-2018 矿用安全监控系统传感器基于RS485的有线传输协议.pdf

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1、 ICS 17.020 N 56 DB14 山西省地方标准 DB 14/T 17312018 矿用安全监控系统传感器基于RS485的有 线传输协议 2018 - 12 - 05发布 2019 - 02 - 05实施 山西省市场监督管理局 发布 DB14/T 17312018 I 目 次 前言 . II 1 范围 . 1 2 规范性引用文件 . 1 3 术语定义 . 1 4 传输接口 . 3 5 通信规范 . 3 6 传输过程 . 3 7 协议格式 . 4 附录A（规范性附录） 传感器寄存器定义 . 9 附录B（规范性附录） 传感器类型编码 . 11 附录C（规范性附录） 传感器状态说明 . 1

2、2 附录D（规范性附录） 测量值类型说明 . 13 附录E（规范性附录） 参数测量值说明 . 14 DB14/T 17312018 II 前 言 本标准依据GB/T 1.1 -2009 标准化工作导则 第1部分 标准的结构和编写给出的规则起草。 本标准由山西省计量标准化技术委员会提出并归口。 本标准起草单位：山西省计量科学研究院、山西阳光三极科技股份有限公司。 本标准主要起草人：韩建书、李梅、卫睿华、史增福、高耀杰、王强、姚永强、卫蔚、陈少祥。 DB14/T 17312018 1 矿用安全监控系统传感器基于RS485的有线传输协议 1 范围 本标准规定了矿用安全监控系统传感器基于RS485的有

3、线传输协议的传输接口、通信规范、传输过 程及协议格式。 本标准适用于点对点及一点对多点的通信方式。 本标准适用于矿用传感器生产、销售、检测和使用的相关单位。 2 规范性引用文件 下列文件对于本标准的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本标准。 凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本标准。 GB/T 7665-2005 传感器通用术语 GB/T 16733-1997 国家标准制定程序的阶段划分及代码 GB/T 17710-1999 数据处理校验码系统 GB/T 19582.1-2008 基于Modbus协议的工业自动化网络规范 第1部分：Modbu

4、s应用协议 GB/T 19582.2-2008 基于Modbus协议的工业自动化网络规范 第2部分：Modbus协议在串行链路上 的实现指南 AQ 1029 煤矿安全监测监控系统及检测仪器使用管理规范 MT/T 1116 煤矿安全生产监控系统联网技术要求 3 术语定义 下列术语和定义适用于本标准。 3.1 传感器 能感受被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置， 通常由敏感元件和转换元件 组成。 注1：敏感元件，指传感器中能直接感受或响应被测量的部分。 注2：转换元件，指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。 注3：当输出为规定的标准信号时，则称为

5、变送器。 3.2 多参数传感器 能感受两种或两种以上被测物理量的传感器。 DB14/T 17312018 2 3.3 总线 总线是传送数据和地址信号的公共通道。 3.4 寄存器 寄存器是中央处理器内的组成部分。寄存器是有限存贮容量的高速存贮部件，它们可用来暂存指令、 数据和地址。 3.5 ModBus协议 ModBus协议是OSI模型第7层上的应用层报文传送协议，在不同类型总线或网络的设备之间提供 客户机/服务器通信，将串行链路上的协议标准化，实现一个主站同一个或多个从站之间交换Modbus 请求。 3.6 485总线通信 一种采用平衡发送和差分接收的平衡数字多点系统中的驱动器和接收器的电气特

6、性的标准，以两 线间的电压差为+（26）V表示逻辑“1”；以两线间的电压差为-（26）V表示逻辑“0”。 3.7 主从式通信 主从式通信是指主机发送的信息可以传送到各个从机或指定的从机，而各个从机的信息只能发送给 主机，总线上只有主机可以主动请求与从机通信，而从机不能主动请求与主机或其他从机通信。 3.8 主机 在总线上能主动发起通信，对总线信号发出控制、接收、查询的设备。本标准中主机指主动发出读 数据命令并接收从机（传感器）数据的设备。 3.9 从机 不能在总线上主动发起通信，只能挂接在总线上，对总线信号进行接收、回复的设备。本标准中从 机即传感器。 DB14/T 17312018 3 3.

7、10 终端地址 系统中终端设备的地址编码，简称终端地址（以下简称地址）。 4 传输接口 4.1 信号线采用二线制串行总线结构，主从式传输方式，传输模型见图1： 注：上图A、B表示信号的正负，A表示信号正，B表示信号负。 图1 传输模型 4.2 典型的传输方式为总线上有一台检测主机，N台从机（即传感器），每台传感器地址唯一。主机 采用轮巡地址方式呼叫从机，并接收在线从机的回复信息。 5 通信规范 字节传输按异步方式进行； 波特率：1200bps，2400bps，4800bps，9600bps可选； 起始位：1位； 数据位：8位； 奇偶校验位：无； 停止位：1位； 6 传输过程 一次完整的通信过程

8、分为2个阶段：主机询问、从机应答。 在通信开始之前，主从机应事先设置好通信波特率（主从机的波特率必须一致）、地址编号等参数。 主机询问阶段：主机向指定地址的从机发送命令，主机发送完毕后等待一定时间获取从机应答，在 主机 从机1 从机2 从机N A B DB14/T 17312018 4 等待时间结束时，如果主机收到从机的正确应答信息，则说明主机与该从机通信正常，如果主机未收到 任何信息或者收到错误信息或者应答信息尚未传递完毕，均视为主机与从机通讯异常。 从机应答阶段：从机解析接收到的命令，并组织相应信息回复到主机，从机清除接收缓冲区及相关 变量，等待主机的下次命令。 任何一次完整的通信过程都是

9、由主机方发起的，从机在被主机寻址前只能处于侦听状态，从机在接 收命令结束后，判断指令是否寻址自己，如果是，从机对主机给予相应的应答；否则，从机不予应答。 7 协议格式 7.1 MODBUS 协议的指令格式为： 主机（请求）： 表1 主机（请求）指令格式 地址域 功能码 数据域 校验 从机（响应）： 表2 从机（响应）指令格式 地址域 功能码 数据域 校验 地址域：被主机请求的从机地址。 功能码：主机对从机请求的操作。 数据域： a) 主机（请求）：主机对从机执行请求的内容； b) 从机（响应）：从机对主机响应后的返回值； 校验：从地址域开始，到数据域结束之间的数据采用CRC16校验方式。 注：

10、当从机对主机响应时，它使用功能码来指示正常（无差错）响应或者出现某种差错（称为异常 响应）。对于一个正常响应来说，从机仅对原始功能码响应。对于异常响应，从机返回一个与原始功能 码等同的码，设置该原始功能码的最高有效位为逻辑1。 DB14/T 17312018 5 表3 主机（请求）指令格式 地址域 传感器地址 1个字节 0X01至0X7F 功能码 功能码 1个字节 0X03（读取从机寄存器的数值） 数据域 起始寄存器地址 2个字节 0X0000-0XFFFF （起始寄存器地址高字节在前，低字节在 后） 寄存器数量 2个字节 0X01-0X7D （寄存器数量：高字节在前，低字节在后） 校验 CR

11、C校验码Lo 1个字节 CRC校验码低字节 CRC校验码Hi 1个字节 CRC校验码高字节 注1：寄存器地址含义详见附录A 传感器寄存器定义。 注2：CRC校验码的计算方法见7.2 CRC校验码计算。 表4 从机（正常响应）指令格式 地址域 传感器地址 1个字节 0X01至0X7F 功能码 功能码 1个字节 0X03 数据域 字节数 1个字节 2N 寄存器值Hi 1个字节 起始寄存器值高字节 寄存器值Lo 1个字节 起始寄存器值低字节 寄存器值Hi 1个字节 起始寄存器后第（N-1）个 寄存器值高字节 寄存器值Lo 1个字节 起始寄存器后第（N-1）个 寄存器值低字节 校验 CRC校验码Lo

12、1个字节 CRC校验码低字节 CRC校验码Hi 1个字节 CRC校验码高字节 注：N主机请求寄存器的数量。 DB14/T 17312018 6 表5 （异常响应）指令格式 地址域 传感器地址 1个字节 0X01至0X7F 功能码 差错码 1个字节 0X83 数据域 异常码 1个字节 01 或 02 或 03 或 04 校验 CRC校验码Lo 1个字节 CRC校验码低字节 CRC校验码Hi 1个字节 CRC校验码高字节 表6 异常码列表 代码 名称 含义 01 非法功能 对于传感器来说，询问中接收到的功能码是不可允许的操作。 02 非法数据地址 对于传感器来说，询问中接收到的数据地址是不可允许的

13、地址。特别是，参考号和传 输长度的组合是无效的。对于带有100个寄存器的控制器来说，带有偏移量 96和长 度4的请求会成功，带有偏移量96和长度5的请求将产生异常码02。 03 非法数据值 对于传感器来说，询问中包括的值是不可允许的值。这个值指示了组合请求剩余结构 中的故障，例如：隐含长度是不正确的。并不意味着，MODBUS 协议不知道任何特殊 寄存器的任何特殊值的重要意义，寄存器中被提交存储的数据项有一个应用程序期望 之外的值。 04 从站设备故障 当传感器正在设法执行请求的操作时，产生不可重新获得的差错。 7.2 CRC校验码计算 校验码采用CRC循环冗余校验码。校验码是一个16位二进制数

14、，占2个字节。CRC校验码计算从 通讯信息帧的地址开始、到数据区结束（包含数据区）。循环冗余校验码计算方法如下： c) 将一个16位寄存器装入十六进制FFFF(全1)。将之称作 CRC 寄存器。 d) 将报文的第一个8位字节与16位CRC寄存器的低字节异或，结果置于CRC寄存器。 e) 将CRC寄存器右移1位(向LSB方向)，MSB充零，提取并检测LSB。 f) 如果LSB为0：重复步骤 3(另一次移位)。(如果LSB为1：对CRC寄存器异或多项式值 0 xA001(1010 0000 0000 0001)。 g) 重复步骤3和4，直到完成8次移位。当做完此操作后，将完成对8位字节的完整操作。

15、 h) 对报文中的下一个字节重复步骤2到5，继续此操作直至所有报文被处理完毕。 i) CRC寄存器中的最终内容为CRC值。 DB14/T 17312018 7 j) 当放置CRC值于报文时，先发送低字节，再发送高字节。 函数名称：unsigned short int MBCRC16( unsigned char *pucFrame, unsigned short int usLen ) 函数功能：计算CRC校验值 输入参数： unsigned char *pucFrame /*报文数组的首地址*/ unsigned short int usLen /*报文数组的字节数*/ 返回值： unsig

16、ned short 类型的CRC校验值 unsigned short int MBCRC16( unsigned char *pucFrame, unsigned short int usLen ) unsigned char ucCRCHi = 0 xFF; /* CRC 的高字节初始化 */ unsigned char ucCRCLo = 0 xFF; /* CRC 的低字节初始化 */ unsigned int iIndex; /* CRC 查询表索引 */ while(usLen-) /* 计算 CRC */ iIndex = ucCRCLo *( pucFrame+ ); ucCRC

17、Lo = ( unsigned char )( ucCRCHi aucCRCHiiIndex ); ucCRCHi = aucCRCLoiIndex; return ( unsigned short int )( ucCRCHi 8 | ucCRCLo ); 高字节表 /* 高位字节的 CRC 值 */ static const unsigned char aucCRCHi = 0 x00, 0 xC1, 0 x81, 0 x40, 0 x01, 0 xC0, 0 x80, 0 x41, 0 x01, 0 xC0, 0 x80, 0 x41, 0 x00, 0 xC1, 0 x81, 0 x4

18、0, 0 x01, 0 xC0, 0 x80, 0 x41, 0 x00, 0 xC1, 0 x81, 0 x40, 0 x00, 0 xC1, 0 x81, 0 x40, 0 x01, 0 xC0, 0 x80, 0 x41, 0 x01, 0 xC0, 0 x80, 0 x41, 0 x00, 0 xC1, 0 x81, 0 x40, 0 x00, 0 xC1, 0 x81, 0 x40, 0 x01, 0 xC0, 0 x80, 0 x41, 0 x00, 0 xC1, 0 x81, 0 x40, 0 x01, 0 xC0, 0 x80, 0 x41, 0 x01, 0 xC0, 0 x

19、80, 0 x41, 0 x00, 0 xC1, 0 x81, 0 x40, 0 x01, 0 xC0, 0 x80, 0 x41, 0 x00, 0 xC1, 0 x81, 0 x40, 0 x00, 0 xC1, 0 x81, 0 x40, 0 x01, 0 xC0, 0 x80, 0 x41, 0 x00, 0 xC1, 0 x81, 0 x40, 0 x01, 0 xC0, 0 x80, 0 x41, 0 x01, 0 xC0, 0 x80, 0 x41, 0 x00, 0 xC1, 0 x81, 0 x40, 0 x00, 0 xC1, 0 x81, 0 x40, 0 x01, 0

20、xC0, 0 x80, 0 x41, 0 x01, 0 xC0, 0 x80, 0 x41, 0 x00, 0 xC1, 0 x81, 0 x40, 0 x01, 0 xC0, 0 x80, 0 x41, 0 x00, 0 xC1, 0 x81, 0 x40, 0 x00, 0 xC1, 0 x81, 0 x40, 0 x01, 0 xC0, 0 x80, 0 x41, 0 x01, 0 xC0, 0 x80, 0 x41, 0 x00, 0 xC1, 0 x81, 0 x40, 0 x00, 0 xC1, 0 x81, 0 x40, 0 x01, 0 xC0, 0 x80, 0 x41, 0

21、 x00, 0 xC1, 0 x81, 0 x40, 0 x01, 0 xC0, 0 x80, 0 x41, 0 x01, 0 xC0, 0 x80, 0 x41, 0 x00, 0 xC1, 0 x81, 0 x40, 0 x00, 0 xC1, 0 x81, 0 x40, 0 x01, 0 xC0, 0 x80, 0 x41, 0 x01, 0 xC0, 0 x80, 0 x41, 0 x00, 0 xC1, 0 x81, 0 x40, 0 x01, 0 xC0, 0 x80, 0 x41, 0 x00, 0 xC1, 0 x81, 0 x40, 0 x00, 0 xC1, 0 x81,

22、0 x40, 0 x01, 0 xC0, 0 x80, 0 x41, DB14/T 17312018 8 0 x00, 0 xC1, 0 x81, 0 x40, 0 x01, 0 xC0, 0 x80, 0 x41, 0 x01, 0 xC0, 0 x80, 0 x41, 0 x00, 0 xC1, 0 x81, 0 x40, 0 x01, 0 xC0, 0 x80, 0 x41, 0 x00, 0 xC1, 0 x81, 0 x40, 0 x00, 0 xC1, 0 x81, 0 x40, 0 x01, 0 xC0, 0 x80, 0 x41, 0 x01, 0 xC0, 0 x80, 0

23、x41, 0 x00, 0 xC1, 0 x81, 0 x40, 0 x00, 0 xC1, 0 x81, 0 x40, 0 x01, 0 xC0, 0 x80, 0 x41, 0 x00, 0 xC1, 0 x81, 0 x40, 0 x01, 0 xC0, 0 x80, 0 x41, 0 x01, 0 xC0, 0 x80, 0 x41, 0 x00, 0 xC1, 0 x81, 0 x40 ; 低字节表 /* 低位字节的 CRC 值 */ static const unsigned char aucCRCLo = 0 x00, 0 xC0, 0 xC1, 0 x01, 0 xC3, 0

24、x03, 0 x02, 0 xC2, 0 xC6, 0 x06, 0 x07, 0 xC7, 0 x05, 0 xC5, 0 xC4, 0 x04, 0 xCC, 0 x0C, 0 x0D, 0 xCD, 0 x0F, 0 xCF, 0 xCE, 0 x0E, 0 x0A, 0 xCA, 0 xCB, 0 x0B, 0 xC9, 0 x09, 0 x08, 0 xC8, 0 xD8, 0 x18, 0 x19, 0 xD9, 0 x1B, 0 xDB, 0 xDA, 0 x1A, 0 x1E, 0 xDE, 0 xDF, 0 x1F, 0 xDD, 0 x1D, 0 x1C, 0 xDC, 0

25、 x14, 0 xD4, 0 xD5, 0 x15, 0 xD7, 0 x17, 0 x16, 0 xD6, 0 xD2, 0 x12, 0 x13, 0 xD3, 0 x11, 0 xD1, 0 xD0, 0 x10, 0 xF0, 0 x30, 0 x31, 0 xF1, 0 x33, 0 xF3, 0 xF2, 0 x32, 0 x36, 0 xF6, 0 xF7, 0 x37, 0 xF5, 0 x35, 0 x34, 0 xF4, 0 x3C, 0 xFC, 0 xFD, 0 x3D, 0 xFF, 0 x3F, 0 x3E, 0 xFE, 0 xFA, 0 x3A, 0 x3B,

26、0 xFB, 0 x39, 0 xF9, 0 xF8, 0 x38, 0 x28, 0 xE8, 0 xE9, 0 x29, 0 xEB, 0 x2B, 0 x2A, 0 xEA, 0 xEE, 0 x2E, 0 x2F, 0 xEF, 0 x2D, 0 xED, 0 xEC, 0 x2C, 0 xE4, 0 x24, 0 x25, 0 xE5, 0 x27, 0 xE7, 0 xE6, 0 x26, 0 x22, 0 xE2, 0 xE3, 0 x23, 0 xE1, 0 x21, 0 x20, 0 xE0, 0 xA0, 0 x60, 0 x61, 0 xA1, 0 x63, 0 xA3,

27、 0 xA2, 0 x62, 0 x66, 0 xA6, 0 xA7, 0 x67, 0 xA5, 0 x65, 0 x64, 0 xA4, 0 x6C, 0 xAC, 0 xAD, 0 x6D, 0 xAF, 0 x6F, 0 x6E, 0 xAE, 0 xAA, 0 x6A, 0 x6B, 0 xAB, 0 x69, 0 xA9, 0 xA8, 0 x68, 0 x78, 0 xB8, 0 xB9, 0 x79, 0 xBB, 0 x7B, 0 x7A, 0 xBA, 0 xBE, 0 x7E, 0 x7F, 0 xBF, 0 x7D, 0 xBD, 0 xBC, 0 x7C, 0 xB4

28、, 0 x74, 0 x75, 0 xB5, 0 x77, 0 xB7, 0 xB6, 0 x76, 0 x72, 0 xB2, 0 xB3, 0 x73, 0 xB1, 0 x71, 0 x70, 0 xB0, 0 x50, 0 x90, 0 x91, 0 x51, 0 x93, 0 x53, 0 x52, 0 x92, 0 x96, 0 x56, 0 x57, 0 x97, 0 x55, 0 x95, 0 x94, 0 x54, 0 x9C, 0 x5C, 0 x5D, 0 x9D, 0 x5F, 0 x9F, 0 x9E, 0 x5E, 0 x5A, 0 x9A, 0 x9B, 0 x5

29、B, 0 x99, 0 x59, 0 x58, 0 x98, 0 x88, 0 x48, 0 x49, 0 x89, 0 x4B, 0 x8B, 0 x8A, 0 x4A, 0 x4E, 0 x8E, 0 x8F, 0 x4F, 0 x8D, 0 x4D, 0 x4C, 0 x8C, 0 x44, 0 x84, 0 x85, 0 x45, 0 x87, 0 x47, 0 x46, 0 x86, 0 x82, 0 x42, 0 x43, 0 x83, 0 x41, 0 x81, 0 x80, 0 x40 ; DB14/T 17312018 9 A A 附 录 A （规范性附录） 传感器寄存器定义

30、 A.1 传感器寄存器定义见表A.1。 表A.1 传感器寄存器定义 参数 寄存器地址 参数定义 备注 参数0 0000H 高字节 传感器类型 详见附录B传感器类型编码 低字节 参数个数 传感器测量参数的个数：单参数传感 器为1，两参数传感器为2，以此类 推 参数1 0001H 高字节 传感器状态 详见附录C感器状态说明 低字节 参数子类型 当为单参数传感器时，子类型与传感 器类型相同； 当为多参数传感器时，子类型根据实 际情况，详见附录B传感器类型编码 0002H 高字节 测量值类型 详见附录D量值类型说明 低字节 测量值1 详见附录E数测量值说明 0003H 高字节 测量值2 低字节 测量值

31、3 参数2 0004H 高字节 传感器状态 低字节 参数子类型 0005H 高字节 测量值类型 低字节 测量值1 0006H 高字节 测量值2 低字节 测量值3 A.2 单参数传感器示例见表A.2。其中，单参数传感器为甲烷传感器，测量值为1.20%，传感器状态为 三级报警。 DB14/T 17312018 10 表A.2 单参数传感器 参数序号 寄存器地址 参数定义 数据值（十六进制） 解析 参数0 0000H 传感器类型 0X01 甲烷传感器 参数个数 0X01 测量参数个数为1 参数1 0001H 传感器状态 0X83 传感器三级报警 参数子类型 0X01 参数类型为甲烷 0002H 测量

32、值类型 0X02 正数且1位小数 测量值1 0X00 最高两位分别：0，0 0003H 测量值2 0X01 中间两位分别：0，1 测量值3 0X20 最低两位分别：2，0 A.3 多参数传感器示例见表A.3。其中，多参数传感器的测量参数个数为2，第1个参数为温度，测量 值为22，传感器状态正常；第2个参数为风速，测量值- 5.2m/s，传感器状态为报警。 表A.3 多参数传感器 参数序号 寄存器地址 参数定义 备注 解析 参数0 0000H 传感器类型 0X14 多参数传感器 参数个数 0X02 测量参数个数为2 参数1 0001H 传感器状态 0X00 传感器正常 参数子类型 0X03 参数

33、1类型为温度 0002H 测量值类型 0X00 正数且无小数部分 测量值1 0X00 最高两位分别：0，0 0003H 测量值2 0X00 中间两位分别：0，0 测量值3 0X22 最低两位分别：2，2 参数2 0004H 传感器状态 0X80 传感器报警 参数子类型 0X09 参数2类型为风速 0005H 测量值类型 0X11 负数且1位小数 测量值1 0X00 最高两位分别：0，0 0006H 测量值2 0X00 中间两位分别：0，0 测量值3 0X52 最低两位分别：5，2 DB14/T 17312018 11 B B 附 录 B （规范性附录） 传感器类型编码 表B.1 传感器类型编码

34、 类型编号 传感器分类 单位 备注 0 x01 甲烷类 %CH4 0 x02 一氧化碳类 mol/mol 0 x03 温度类 0 x04 氧气类 %O2 0 x05 二氧化碳类 %CO2 0 x06 压力类 kPa 0 x07 压力类 MPa 0 x08 液位类 m 0 x09 风速类 m/s 0 x0a 粉尘类 mg/m 3 0 x0b 硫化氢 mol/mol 0 x0c 氢气 %H2 0 x0d 二氧化氮 mol/mol 0 x0e 煤仓煤位 m 0 x0f 温湿度 、%RH 0 x10 瞬时流量 m 3 /h 0 x11 累计流量 m 3 0 x12 开关量类 0 x13 控制量 0 x

35、14 多参数 DB14/T 17312018 12 C C 附 录 C （规范性附录） 传感器状态说明 表C.1 传感器状态 传感器状态 传感器状态数值 传感器状态含义 备注 0 表示传感器正常 1 表示传感器故障 8 表示传感器参数断线 128 表示传感器报警 129 表示传感器一级报警 130 表示传感器二级报警 131 表示传感器三级报警 132 表示传感器四级报警 DB14/T 17312018 13 D D 附 录 D （规范性附录） 测量值类型说明 表D.1 测量类型说明 测量值类型 Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0 0 0 0 符号位： =0表示正 数； =1表示负 数 0 小数点后的位数： =0表示无小数位； =1表示小数点后1位； =2表示小数点后2位； =3表示小数点后3位； DB14/T 17312018 14 E E 附 录 E （规范性附录） 参数测量值说明 参数测量值采用BCD码表示，共占用3个字节，参数测量值1为高位，参数测量值3为低位，表示 数值范围为09 99999。 表E.1 参数测量值说明 参数测量值1(BCD码) 参数测量值2(BCD码) 参数测量值3(BCD码) Bit7Bit4 Bit3Bit0 Bit7Bit4 Bit3Bit0 Bit7Bit4 Bit3Bit0 高位 - -低位 _