ModbusRTU讀取溫濕度
# Smart ModbusRTU讀取溫濕度
# 1. 說明
範例採用ModbusRTU通訊協議，讀取駁接在Arduino上的DHT22溫濕度感測器數據。ModbusRTU傳輸方式為1個主機對應多個從機，此時使用從機的從機號來做識別，如果主機傳輸的從機號對應到該從機的號碼，如果格式正確該從機會作迴應。因此在Modbus傳輸中，每個從機都是被動的，在運行過程中會不斷監聽是否有收到請求。範例中的Arduino ModbusRTU設定為從機，等待主機發出指令進行各種控制活動。每個從機都有固定的保持暫存器的地址，需參照規範來進行存取。範例中也設定從機號與控制參數的地址。
範例中使用TTL轉RS-485模組（簡稱為TTL485）,作為數據傳輸轉換的裝置，用於PC設備與Modbus RTU設備間的數據傳輸，單條485匯流排可以支援32個ModbusRTU設備。範例中採用TTL485擴充套件Arduino開發板在ModbusRTU的功能。TTL485與Arduino開發板的連線方式如下：
| TTL485針腳 | Arduino針腳 | 功能 |
|---|---|---|
| RO | RX | 接受資訊 |
| RE | D2 | 收發控制 |
| DE | D2 | 收發控制 |
| DI | TX | 發送資訊 |
| VCC | 5V | 供電 |
| GND | GND | 接地線 |
通過範例學習，可以掌握ModbusClient控制元件的基本設定，並結合Arduino開發板進行DHT22溫濕度感測器的數據採集。
# 2. 零件連線圖
# 3. 使用零件
| 序 | 零件名稱 | 數量 |
|---|---|---|
| 1 | Arduino UNO R3 開發板 | 1 |
| 2 | ProtoShield 原型擴充套件板 含mini麵包板 | 1 |
| 3 | TTL轉RS-485模組 | 1 |
| 4 | DHT22溫濕度模組 | 1 |
| 5 | USB轉485模組 | 1 |
| 6 | USB數據線 | 1 |
| 7 | 麵包線 | 若干 |
# 4. Arduino流程圖
# 5. Arduino程式
使用Arduino IDE 編譯並上傳以下Arduino程式。
// 使用溫濕度感測器之鏈接庫 https://github.com/adafruit/DHT‐sensor‐library
// 使用鏈接庫 https://drive.google.com/file/d/0Bx5wWRfN_z7oMDlZMDhWbXM2VFU/view
// 使用擴充模組 Arduino Sensor Shield 感測器擴充套件板 V5 XBee RS485
// 讀取溫濕度 因為modbus 無法傳遞小數字 所以先乘100 到客戶端取用時要除 100
#include <modbus.h>
#include <modbusDevice.h>
#include <modbusRegBank.h>
#include <modbusSlave.h>
#include <DHT.h>
#define dhtPin 8 //讀取DHT22 Data
#define dhtType DHT22 //選用DHT22
DHT dht(dhtPin, dhtType); // Initialize DHT sensor
modbusDevice regBank; // 宣告Modbus
modbusSlave slave;
#define RS485TxEnablePin 2
#define RS485Baud 9600
#define RS485Format SERIAL_8N1
void setup() {
dht.begin();//啟動DHT
regBank.setId(2); // 設定 Modus 從機號=2
regBank.add(40001); // 設定會使用到之 Holding Register 之地址
regBank.add(40002);
slave._device = ®Bank; // 啟動 modbus RTU
slave.setBaud(&Serial,RS485Baud,RS485Format,RS485TxEnablePin);
}
void loop() {
float h = dht.readHumidity()*100; //讀取濕度 因為modbus 無法傳遞小數字 所以先乘100 到客戶端取用時要除 100
float t = dht.readTemperature()*100; //讀取攝氏溫度
if (isnan(h) || isnan(t)) {
Serial.println("無法從DHT感測器讀取！");
return;
}
regBank.set(40001,t); // 地址 1 存放所測得之溫度
regBank.set(40002,h); // 地址 2 放所測得之濕度
slave.run();
delay(500);
}
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# 6. 設計明細
開啟Smart智慧控制平臺，分別加入下插圖之控制元件。或者通過點選功能表欄[檔案]-[打開專案]選擇範例專案檔案來打開該範例。
①：TImage元件，控制元件名稱為Image1。
②：TShape元件，控制元件名稱為Shape1。
③：TPanel元件，控制元件名稱為Panel1。
④：TLabel元件，控制元件名稱為Label9。
⑤：TPanel元件，控制元件名稱為Panel2。
⑥：TLabel元件，控制元件名稱為Label1。
⑦：TLabel元件，控制元件名稱為Label2。
⑧：TLabel元件，控制元件名稱為Label3。
⑨：TWidgetLCDLabel元件，控制元件名稱為WidgetLCDLabel1。
⑩：TLabel元件，控制元件名稱為Label4。
(11)：TTimer元件，控制元件名稱為Timer1。
(12)：TSwitchButton元件，控制元件名稱為SwitchButton1。
(13)：TLabel元件，控制元件名稱為Label10。
(14)：TLabel元件，控制元件名稱為Label5。
(15)：TLabel元件，控制元件名稱為Label6。
(16)：TModbusConnection元件，控制元件名稱為ModbusConnection1。
(17)：TWidgetLCDLabel元件，控制元件名稱為WidgetLCDLabel2。
(18)：TModbusClient元件，控制元件名稱為ModbusClientDHT22。
(19)：TLabel元件，控制元件名稱為Label7。
(20)：TLabel元件，控制元件名稱為Label8。
Main窗體屬性設定
Caption：主窗體標題，設定為ModbusRTU讀取溫濕度。ClientHeight：窗體客戶區高度=480。ClientWidth：窗體客戶區寬度=720。
①Image1屬性設定
Stretch：設定圖片拉伸=True。Height：設定圖片高度=480。Width：設定圖片寬度=720。Picture：設定顯示背景圖片。點選Picture屬性右側的[...]按鈕，打開檔案上傳界面，點選[Load...]從檔案瀏覽器中選擇對應的圖片檔案上傳，返回該界面下，待顯示出圖片後點擊[OK]載入圖片。
②Shape1屬性設定
Height：設定控制元件高度=262。Shape：設定形狀=stRoundRect(圓角矩形)。Width：設定控制元件寬度=544。
③Panel1屬性設定
BevelInner：設定內斜邊樣式=bvRaised。BevelKind：設定斜邊的樣式=bkSoft。BorderStyle：設定邊界的樣式=bsSingle。Color：設定顏色=clBtnText。Height：設定控制元件高度=217。Width：設定控制元件寬度=500。
④Label9屬性設定
Caption：設定標籤文字，設定為開。Font：設定字型。設定內容如下圖。
⑤Panel2屬性設定
BevelInner：設定內斜邊樣式=bvRaised。BevelKind：設定斜邊的樣式=bkSoft。BorderStyle：設定邊界的樣式=bsSingle。Color：設定顏色=clMenuText。Height：設定控制元件高度=83。Width：設定控制元件寬度=404。
⑥Label1屬性設定
Caption：設定標籤文字，設定為通訊埠讀取溫濕度。Font：設定字型。設定內容如下圖。
⑦Label2屬性設定
Caption：設定標籤文字，設定為溫度。Font：設定字型。設定內容如下圖。
⑧Label3屬性設定
Caption：設定標籤文字，設定為Temperature。Font：設定字型。設定內容如下圖。
⑨WidgetLCDLabel1屬性設定
Caption.Format：顯示格式，設定為00.00。Height：設定控制元件高度=60。Width：設定控制元件寬度=209。
⑩Label4屬性設定
Caption：設定標籤文字，設定為℃。Font：設定字型。設定內容如下圖。
(11)Timer1屬性設定
Enabled：啟用計數器，設定為False。Interval：設定計數時間間隔(ms)=5000。
(12)SwitchButton1屬性設定
IsChecked：開關狀態，設定為False。SwitchOff：關閉狀態時顯示的圖片。點選SwitchOff屬性右側的[...]按鈕，打開檔案上傳界面，點選[Load...]從檔案瀏覽器中選擇對應的圖片檔案上傳，返回該界面下，待顯示出圖片後點擊[OK]載入圖片。
SwitchOn：打開狀態時顯示的圖片。點選SwitchOn屬性右側的[...]按鈕，打開檔案上傳界面，點選[Load...]從檔案瀏覽器中選擇對應的圖片檔案上傳，返回該界面下，待顯示出圖片後點擊[OK]載入圖片。
Height：設定控制元件高度=72。Width：設定控制元件寬度=68。Stretch：影象是否隨控制元件大小拉伸，設定為True。
(13)Label10屬性設定
Caption：設定標籤文字，設定為關。Font：設定字型。設定內容如下圖。
(14)Label5屬性設定
Caption：設定標籤文字，設定為溫度。Font：設定字型。設定內容如下圖。
(15)Label6屬性設定
Caption：設定標籤文字，設定為Humidity。Font：設定字型。設定內容如下圖。
(16)ModbusConnection屬性設定
BaudRate：通訊埠通訊速率設定，設定為br9600。DataBits：設定通訊埠單次傳輸的數據位數，設定為db8。Parity：設定通訊埠通訊的校驗方式，設定為psNone。Port：設定通訊埠的通訊埠。StopBits：設定通訊埠通訊的停止位，設定為sb1。
(17)WidgetLCDLabel2屬性設定
Caption.Format：顯示格式，設定為00.00。Height：設定控制元件高度=60。Width：設定控制元件寬度=209。
(18)ModbusClientDHT22屬性設定
Connection：設定ModbusClient的連線方式，此處設定為ModbusConnection1。ServerAddress：設定從機編號，此處設定為2。
(19)Label7屬性設定
Caption：設定標籤文字，設定為%。Font：設定字型。設定內容如下圖。
(20)Label8屬性設定
Caption：設定標籤文字，設定為RH。Font：設定字型。設定內容如下圖。
# 7. 程式設計
# 7.1. 程式初始化設定
該程式無初始化設定。
# 7.2. 事件設定
- (12)SwitchButton1-OnSwitch事件
SwitchButton1在點選時會切換開-關狀態，即改變IsChecked屬性的值，此時會觸發OnSwitch事件，該事件可用於啟用或禁用Timer1計時器。
procedure TMyHandler.SwitchButton1Switch;
begin
FThis.Timer1.Enabled := FThis.SwitchButton1.IsChecked;
end;
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- (11)Timer1-OnTimer事件
計時器觸發OnTimer事件，通過ModbusRTU讀取數據。
procedure TMyHandler.Timer1Timer;
var
StartReg: Word;
RegCount: Word;
Begin
StartReg := 0; //起始位址
RegCount := 2; //數據長度
FThis.ModbusClientDHT22.ReadHoldingRegisters(StartReg,RegCount,nil); //讀取保持暫存器數值
End;
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- (18)ModbusClientDHT22-OnHoldingRegistersRead事件
當ModbusClientDHT22執行ReadHoldingRegisters方法時觸發該事件，在暫存器中存放數值，PC設備解析並顯示。
procedure TMyHandler.ModbusClientDHT22HoldingRegistersRead;
//讀取到的數據進行轉換
var
t: String;
h: String;
begin
t := FloatToStr(RegValues[0] * 0.01); //溫度
h := FloatToStr(RegValues[1] * 0.01); //濕度
FThis.WidgetLCDLabel1.Caption.Value := StrToFloat(t);
FThis.WidgetLCDLabel2.Caption.Value := StrToFloat(h);
end;
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# 8. 運行結果
使用滑鼠點選工具欄運行（Run），測試運行結果。將圖中的撥桿撥向「開」，數值顯示屏中的溫濕度數據每隔五秒更新一次。
