Smart OPCDA讀取溫濕度

1. 說明

  採用OPC通訊協議，讀取連線在Arduino上的DHT22溫濕度感測器數據。OPC是標準的工業通訊界面，根據微軟的OLE、COM、DCOM標準制定，它解決的是工業設備互通性的問題，讓設備資料的存取不再受限於硬體製造商。OPC依據用途可分成OPC服務端（Server）與OPC使用者端（Client）兩部分。OPC Server與HMI/SCADA軟體進行通訊，協議OPC DA(資料存取)，通過COM/DCOM技術達成工業自動化數據獲取的架構，OPC Server提供了許多的方法，Client端通過這些方法可以獲取與OPC Server相連的硬體的數據資訊，而不需要去了解硬體的數據獲取方式。開發者可以通過編寫一套程式碼來實現操作不同的硬體。

  範例中Arduino開發板與Ethernet W5100網路擴充套件板進行組裝。溫濕度感測器DHT22，負極接入Ethernet W5100擴充套件板的GND針腳，正極接入擴充套件板的5V針腳，訊號線接入擴充套件板的D8針腳。

  通過範例學習，可以掌握 OPCDA的配置方式，並結合Arduino開發板進行DHT22溫濕度感測器讀取的功能。

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	Arduino Ethernet W5100 網路擴充套件板	1
3	USB數據線	1
4	麵包板	1
5	杜邦線	3
6	網線	1
7	DHT22溫濕度感測器	1

4. Arduino流程圖

5. Arduino程式

  使用Arduino IDE 編譯並上傳以下Arduino程式。

// 採用 SoftwareTools4Makers/OPC  程式庫
// https://github.com/SoftwareTools4Makers/OPC
// 使用溫濕度感測器之連線庫 https://github.com/adafruit/DHT-sensor-library
// 當 OPC 瀏覽器 呼叫 tmp 此 Item 會自動回傳測得之溫度
// 當 OPC 瀏覽器 呼叫 hum 此 Item 會自動回傳測得之濕度

#include <OPC.h>
#include <Bridge.h>
#include <Ethernet.h>
#include <SPI.h>
#include <DHT.h>
#define dhtPin 8                    //讀取DHT22 Data
#define dhtType DHT22               //選用DHT22 

OPCEthernet aOPCEthernet;            // 宣告 OPC 物件
DHT dht(dhtPin, dhtType);           // 溫濕度感測器初始化

// 設定網路IP地址 (網路擴充套件卡 MAC 可自行修改 +1 避免衝突)
byte mac[] = { 0x90, 0xA2, 0xDA, 0x0E, 0xAD, 0x8E };
IPAddress ip(192, 168, 0, 167);        //IP地址
IPAddress gateway(192,168,0,1);        //閘道器
IPAddress dns_server(192,168,0,1);    //DNS伺服器
IPAddress subnet(255,255,255,0);        //子網掩碼

const int listen_port = 80;                          // 設定 OPC Server 讀取埠 listen port


void setup() {
   Serial.begin(9600);              //設定速率為9600
   dht.begin();//啟動DHT
   aOPCEthernet.setup(listen_port,mac,ip);             // 啟動OPC
   aOPCEthernet.addItem("tmp",opc_readwrite, opc_float, callbacktmp);      // 在 OPC中加入 Item  並指定呼叫函式
   aOPCEthernet.addItem("hum",opc_readwrite, opc_float, callbackhum);
 }

// 當 OPC 瀏覽器呼叫此 Item (溫度) 自動運行之副程式
float callbacktmp(const char *itemID, const opcOperation opcOP, const float value){
   OPCItemType aOPCItem = aOPCEthernet.getOPCItem(itemID);                     

   float t = dht.readTemperature(); //讀取攝氏溫度
   if (isnan(t)) {
      Serial.println("無法從DHT感測器讀取！");
      return;
   }
    // 判斷 Item 是可讀可寫的狀態  
   if (opcOP == opc_opread) {
   if ((aOPCItem.opcAccessRight == opc_read) || (aOPCItem.opcAccessRight == opc_readwrite)) {
      return t;
    }
  } 
}

// 當 OPC 瀏覽器呼叫此 Item (濕度) 自動運行之副程式
float callbackhum(const char *itemID, const opcOperation opcOP, const float value){
   OPCItemType aOPCItem = aOPCEthernet.getOPCItem(itemID);                     
   
   float h = dht.readHumidity();   //讀取濕度
   if (isnan(h)) {
      Serial.println("無法從DHT感測器讀取！");
      return;
   }
   //判斷此 Item 是可讀可寫的狀態 
   if (opcOP == opc_opread) {
   if ((aOPCItem.opcAccessRight == opc_read) || (aOPCItem.opcAccessRight == opc_readwrite)) {
      return h;
    }
  } 
}

void loop() {
   aOPCEthernet.processOPCCommands();                  // 運行 OPC程式命令
   delay(2000);//延時2秒
}

6. 設計明細

  設計模版前需要配置OPCDAServer伺服器。

• 到https://opcfoundation.org/developer-tools/samples-and-tools-classic/core-components/ (opens new window)下載OPC核心元件（下載可能需要註冊帳號），根據操作系統型別選擇安裝（檔名中包含OPC Core Components Redistributable的msi檔案，雙擊即可）。

• 到https://www.st4makers.com/download/arduino-opc-server/ (opens new window)下載Arduino OPC Server。解壓執行檔案，注意執行檔案的目錄不能包含中文，否則可能會出現執行失敗的情況。

• 運行ArduinoOPCServer.exe，切換至Configuration選項卡，點選Arduino Ethernet新增一個設定，在其中修改對應的Arduino設備的IP地址及埠號。點選Save Configuration。

  

• 點選程式目錄中新產生的register.bat進行註冊，若在註冊完畢后需要取消註冊的，點選unregister.bat。程式運行時需要保持註冊的狀態。

• 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)：TWidgetLCDLabel元件，控制元件名稱為WidgetLCDLabel2。

  (17)：TLabel元件，控制元件名稱為Label7。

  (18)：TLabel元件，控制元件名稱為Label8。

  (19)：TOPCDAServer元件，控制元件名稱為OPCDAServer1。

• Main窗體屬性設定

  • Caption：主窗體標題，設定為OPCDA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)=2000。

• (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)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。

• (17)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。

  

• (18)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。

  

• (19)OPCDAServer1屬性設定

  • 雙擊OPCDAServer1，打開OPC Inspector對話方塊。

  

  • 選擇Server-Select，打開Select OPC Server對話方塊。

  

  • 點選右側的Find按鈕，列表中會出現可選的OPC伺服器，選擇該伺服器，點選[ok]。

  

  • 回到OPC Inspector界面，選擇Server-Connect，連線成功。接下來在該界面下新建Groups與Items。選擇Groups-Add，填寫組名稱，點選OK儲存。

  

  • 選擇Items-Add，在Select OPC Item對話方塊中選擇專案，此處的專案是在Arduino程式中進行定義的。選擇對應選項，點選Open按鈕。

  

  • 至此 OPCDAServer1配置完畢。

7. 程式設計

7.1. 程式初始設定

  程式啟動時，啟動OPCDAServer。

constructor TMyHandler.Create(AOwner: TComponent);
var
  s :String;
begin
  FThis :=TBaseForm(AOwner);
  FThis.OPCDAServer1.Active := True;//打開OPCClient
end;

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，打開或者關閉計時器。

procedure TMyHandler.SwitchButton1Switch;
//SwitchButton1的OnSwitch事件，開啟或關閉定時器定時讀取
begin
  FThis.Timer1.Enabled := FThis.SwitchButton1.IsChecked;
end;

• (11)Timer1-OnTimer事件

  定時器事件，每隔2秒讀取數據解析並顯示。

procedure TMyHandler.Timer1Timer;
//Timer1的OnTimer事件，定時讀取溫濕度
var
 tmp: Variant;
 hum: Variant;
begin
  hum := FThis.OPCDAServer1.OPCGroups[0].OPCItems[0].Value;
  tmp := FThis.OPCDAServer1.OPCGroups[0].OPCItems[1].Value;
  FThis.WidgetLCDLabel1.Caption.Value := StrToFloat(VarToStr(tmp));
  FThis.WidgetLCDLabel2.Caption.Value := StrToFloat(VarToStr(hum));
end;

8. 運行結果

  通過工具欄儲存，將程式儲存為 sdb 專案檔案。

  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兩秒更新一次。