Smart ModbusRTU读取温湿度

1. 说明

  范例采用ModbusRTU通讯协议，读取驳接在Arduino上的DHT22温湿度传感器数据。ModbusRTU传输方式为1个主机对应多个从机，此时使用从机的从机号来做识别，如果主机传输的从机号对应到该从机的号码，如果格式正确该从机会作回应。因此在Modbus传输中，每个从机都是被动的，在运行过程中会不断监听是否有收到请求。范例中的Arduino ModbusRTU设置为从机，等待主机发出指令进行各种控制活动。每个从机都有固定的保持寄存器的地址，需参照规范来进行存取。范例中也设置从机号与控制参数的地址。

  范例中使用TTL转RS-485模块（简称为TTL485）,作为数据传输转换的装置，用于PC设备与Modbus RTU设备间的数据传输，单条485总线可以支持32个ModbusRTU设备。范例中采用TTL485扩展Arduino开发板在ModbusRTU的功能。TTL485与Arduino开发板的连接方式如下：

TTL485针脚	Arduino针脚	功能
RO	RX	接受信息
RE	D2	收发控制
DE	D2	收发控制
DI	TX	发送信息
VCC	5V	供电
GND	GND	接地线

  通过范例学习，可以掌握ModbusClient控件的基本设置，并结合Arduino开发板进行DHT22温湿度传感器的数据采集。

2. 零件连接图

3. 使用零件

序	零件名称	数量
1	Arduino UNO R3 开发板	1
2	ProtoShield 原型扩展板 含mini面包板	1
3	TTL转RS-485模块	1
4	DHT22温湿度模块	1
5	USB转485模块	1
6	USB数据线	1
7	面包线	若干

4. Arduino流程图

5. Arduino程序

  使用Arduino IDE 编译并上传以下Arduino程序。

// 使用温湿度传感器之链接库 https://github.com/adafruit/DHT‐sensor‐library
// 使用链接库 https://drive.google.com/file/d/0Bx5wWRfN_z7oMDlZMDhWbXM2VFU/view
// 使用扩充模块 Arduino Sensor Shield 传感器扩展板 V5 XBee RS485
// 读取温湿度 因为modbus 无法传递小数字 所以先乘100 到客户端取用时要除 100

#include <modbus.h>
#include <modbusDevice.h>
#include <modbusRegBank.h>
#include <modbusSlave.h>
#include <DHT.h>
#define dhtPin 8 //读取DHT22 Data
#define dhtType DHT22 //选用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();//启动DHT
    regBank.setId(2); // 设置 Modus 从机号=2
    regBank.add(40001); // 设置会使用到之 Holding Register 之地址
    regBank.add(40002);
    slave._device = &regBank; // 启动 modbus RTU
    slave.setBaud(&Serial,RS485Baud,RS485Format,RS485TxEnablePin);

}

void loop() {
    float h = dht.readHumidity()*100; //读取湿度 因为modbus 无法传递小数字 所以先乘100 到客户端取用时要除 100
    float t = dht.readTemperature()*100; //读取摄氏温度
    if (isnan(h) || isnan(t)) {
        Serial.println("无法从DHT传感器读取！");
        return;
    }
    regBank.set(40001,t); // 地址 1 存放所测得之温度
    regBank.set(40002,h); // 地址 2 放所测得之湿度
    slave.run();
    delay(500);
}

6. 设计明细

  开启Smart智慧控制平台，分别加入下插图之控件。或者通过点击菜单栏[文件]-[打开项目]选择范例项目文件来打开该范例。

  ①：TImage组件，控件名称为Image1。

  ②：TShape组件，控件名称为Shape1。

  ③：TPanel组件，控件名称为Panel1。

  ④：TLabel组件，控件名称为Label9。

  ⑤：TPanel组件，控件名称为Panel2。

  ⑥：TLabel组件，控件名称为Label1。

  ⑦：TLabel组件，控件名称为Label2。

  ⑧：TLabel组件，控件名称为Label3。

  ⑨：TWidgetLCDLabel组件，控件名称为WidgetLCDLabel1。

  ⑩：TLabel组件，控件名称为Label4。

  (11)：TTimer组件，控件名称为Timer1。

  (12)：TSwitchButton组件，控件名称为SwitchButton1。

  (13)：TLabel组件，控件名称为Label10。

  (14)：TLabel组件，控件名称为Label5。

  (15)：TLabel组件，控件名称为Label6。

  (16)：TModbusConnection组件，控件名称为ModbusConnection1。

  (17)：TWidgetLCDLabel组件，控件名称为WidgetLCDLabel2。

  (18)：TModbusClient组件，控件名称为ModbusClientDHT22。

  (19)：TLabel组件，控件名称为Label7。

  (20)：TLabel组件，控件名称为Label8。

• Main窗体属性设置

  • Caption：主窗体标题，设置为ModbusRTU读取温湿度。
  • ClientHeight：窗体客户区高度=480。
  • ClientWidth：窗体客户区宽度=720。

• ①Image1属性设置

  • Stretch：设置图片拉伸=True。
  • Height：设置图片高度=480。
  • Width：设置图片宽度=720。
  • Picture：设置显示背景图片。点击Picture属性右侧的[...]按钮，打开文件上传界面，点击[Load...]从文件浏览器中选择对应的图片文件上传，返回该界面下，待显示出图片后点击[OK]加载图片。

  

• ②Shape1属性设置

  • Height：设置控件高度=262。
  • Shape：设置形状=stRoundRect(圆角矩形)。
  • Width：设置控件宽度=544。

• ③Panel1属性设置

  • BevelInner：设置内斜边样式=bvRaised。
  • BevelKind：设置斜边的样式=bkSoft。
  • BorderStyle：设置边界的样式=bsSingle。
  • Color：设置颜色=clBtnText。
  • Height：设置控件高度=217。
  • Width：设置控件宽度=500。

• ④Label9属性设置

  • Caption：设置标签文字，设置为开。
  • Font：设置字体。设置内容如下图。

  

• ⑤Panel2属性设置

  • BevelInner：设置内斜边样式=bvRaised。
  • BevelKind：设置斜边的样式=bkSoft。
  • BorderStyle：设置边界的样式=bsSingle。
  • Color：设置颜色=clMenuText。
  • Height：设置控件高度=83。
  • Width：设置控件宽度=404。

• ⑥Label1属性设置

  • Caption：设置标签文字，设置为串口读取温湿度。
  • Font：设置字体。设置内容如下图。

  

• ⑦Label2属性设置

  • Caption：设置标签文字，设置为温度。
  • Font：设置字体。设置内容如下图。

  

• ⑧Label3属性设置

  • Caption：设置标签文字，设置为Temperature。
  • Font：设置字体。设置内容如下图。

  

• ⑨WidgetLCDLabel1属性设置

  • Caption.Format：显示格式，设置为00.00。
  • Height：设置控件高度=60。
  • Width：设置控件宽度=209。

• ⑩Label4属性设置

  • Caption：设置标签文字，设置为℃。
  • Font：设置字体。设置内容如下图。

  

• (11)Timer1属性设置

  • Enabled：启用计数器，设置为False。
  • Interval：设置计数时间间隔(ms)=5000。

• (12)SwitchButton1属性设置

  • IsChecked：开关状态，设置为False。
  • SwitchOff：关闭状态时显示的图片。点击SwitchOff属性右侧的[...]按钮，打开文件上传界面，点击[Load...]从文件浏览器中选择对应的图片文件上传，返回该界面下，待显示出图片后点击[OK]加载图片。

  

  • SwitchOn：打开状态时显示的图片。点击SwitchOn属性右侧的[...]按钮，打开文件上传界面，点击[Load...]从文件浏览器中选择对应的图片文件上传，返回该界面下，待显示出图片后点击[OK]加载图片。

  

  • Height：设置控件高度=72。
  • Width：设置控件宽度=68。
  • Stretch：图像是否随控件大小拉伸，设置为True。

• (13)Label10属性设置

  • Caption：设置标签文字，设置为关。
  • Font：设置字体。设置内容如下图。

  

• (14)Label5属性设置

  • Caption：设置标签文字，设置为温度。
  • Font：设置字体。设置内容如下图。

  

• (15)Label6属性设置

  • Caption：设置标签文字，设置为Humidity。
  • Font：设置字体。设置内容如下图。

  

• (16)ModbusConnection属性设置

  • BaudRate：串口通信速率设定，设置为br9600。
  • DataBits：设定串口单次传输的数据位数，设置为db8。
  • Parity：设定串口通信的校验方式，设置为psNone。
  • Port：设定串口的通信端口。
  • StopBits：设定串口通信的停止位，设置为sb1。

• (17)WidgetLCDLabel2属性设置

  • Caption.Format：显示格式，设置为00.00。
  • Height：设置控件高度=60。
  • Width：设置控件宽度=209。

• (18)ModbusClientDHT22属性设置

  • Connection：设置ModbusClient的连接方式，此处设置为ModbusConnection1。
  • ServerAddress：设置从机编号，此处设置为2。

• (19)Label7属性设置

  • Caption：设置标签文字，设置为%。
  • Font：设置字体。设置内容如下图。

  

• (20)Label8属性设置

  • Caption：设置标签文字，设置为RH。
  • Font：设置字体。设置内容如下图。

  

7. 程序设计

7.1. 程序初始化设置

  该程序无初始化设置。

7.2. 事件设置

• (12)SwitchButton1-OnSwitch事件

SwitchButton1在点击时会切换开-关状态，即改变IsChecked属性的值，此时会触发OnSwitch事件，该事件可用于启用或禁用Timer1计时器。

procedure TMyHandler.SwitchButton1Switch;
begin
  FThis.Timer1.Enabled := FThis.SwitchButton1.IsChecked;
end;

• (11)Timer1-OnTimer事件

  计时器触发OnTimer事件，通过ModbusRTU读取数据。

procedure TMyHandler.Timer1Timer;
var
  StartReg: Word;
  RegCount: Word;
Begin
  StartReg := 0;  //起始位址
  RegCount := 2;  //数据长度
  FThis.ModbusClientDHT22.ReadHoldingRegisters(StartReg,RegCount,nil); //读取保持寄存器数值
End;

• (18)ModbusClientDHT22-OnHoldingRegistersRead事件

  当ModbusClientDHT22执行ReadHoldingRegisters方法时触发该事件，在寄存器中存放数值，PC设备解析并显示。

procedure TMyHandler.ModbusClientDHT22HoldingRegistersRead;
//读取到的数据进行转换
var
  t: String;
  h: String;
begin
  t := FloatToStr(RegValues[0] * 0.01); //温度
  h := FloatToStr(RegValues[1] * 0.01); //湿度
  FThis.WidgetLCDLabel1.Caption.Value := StrToFloat(t);
  FThis.WidgetLCDLabel2.Caption.Value := StrToFloat(h);   
end;

8. 运行结果

  使用鼠标点击工具栏运行（Run），测试运行结果。将图中的拨杆拨向“开”，数值显示屏中的温湿度数据每隔五秒更新一次。