Smart OPCDA读取温湿度

1. 说明

  采用OPC通讯协议，读取连接在Arduino上的DHT22温湿度传感器数据。OPC是标准的工业通讯界面，根据微软的OLE、COM、DCOM标准制定，它解决的是工业设备互通性的问题，让设备资料的存取不再受限于硬件制造商。OPC依据用途可分成OPC服务端（Server）与OPC用户端（Client）两部分。OPC Server与HMI/SCADA软件进行通信，协议OPC DA(资料存取)，通过COM/DCOM技术达成工业自动化数据获取的架构，OPC Server提供了许多的方法，Client端通过这些方法可以获取与OPC Server相连的硬件的数据信息，而不需要去了解硬件的数据获取方式。开发者可以通过编写一套代码来实现操作不同的硬件。

  范例中Arduino开发板与Ethernet W5100网络扩展板进行组装。温湿度传感器DHT22，负极接入Ethernet W5100扩展板的GND针脚，正极接入扩展板的5V针脚，信号线接入扩展板的D8针脚。

  通过范例学习，可以掌握 OPCDA的配置方式，并结合Arduino开发板进行DHT22温湿度传感器读取的功能。

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	Arduino Ethernet W5100 网络扩展板	1
3	USB数据线	1
4	面包板	1
5	杜邦线	3
6	网线	1
7	DHT22温湿度传感器	1

4. Arduino流程图

5. Arduino程序

  使用Arduino IDE 编译并上传以下Arduino程序。

// 采用 SoftwareTools4Makers/OPC  程序库
// https://github.com/SoftwareTools4Makers/OPC
// 使用温湿度传感器之连接库 https://github.com/adafruit/DHT-sensor-library
// 当 OPC 浏览器 呼叫 tmp 此 Item 会自动回传测得之温度
// 当 OPC 浏览器 呼叫 hum 此 Item 会自动回传测得之湿度

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

OPCEthernet aOPCEthernet;            // 宣告 OPC 物件
DHT dht(dhtPin, dhtType);           // 温湿度传感器初始化

// 设置网络IP地址 (网络扩展卡 MAC 可自行修改 +1 避免冲突)
byte mac[] = { 0x90, 0xA2, 0xDA, 0x0E, 0xAD, 0x8E };
IPAddress ip(192, 168, 0, 167);        //IP地址
IPAddress gateway(192,168,0,1);        //网关
IPAddress dns_server(192,168,0,1);    //DNS服务器
IPAddress subnet(255,255,255,0);        //子网掩码

const int listen_port = 80;                          // 设置 OPC Server 读取端口 listen port


void setup() {
   Serial.begin(9600);              //设定速率为9600
   dht.begin();//启动DHT
   aOPCEthernet.setup(listen_port,mac,ip);             // 启动OPC
   aOPCEthernet.addItem("tmp",opc_readwrite, opc_float, callbacktmp);      // 在 OPC中加入 Item  并指定呼叫函数
   aOPCEthernet.addItem("hum",opc_readwrite, opc_float, callbackhum);
 }

// 当 OPC 浏览器呼叫此 Item (温度) 自动运行之副程序
float callbacktmp(const char *itemID, const opcOperation opcOP, const float value){
   OPCItemType aOPCItem = aOPCEthernet.getOPCItem(itemID);                     

   float t = dht.readTemperature(); //读取摄氏温度
   if (isnan(t)) {
      Serial.println("无法从DHT传感器读取！");
      return;
   }
    // 判断 Item 是可读可写的状态  
   if (opcOP == opc_opread) {
   if ((aOPCItem.opcAccessRight == opc_read) || (aOPCItem.opcAccessRight == opc_readwrite)) {
      return t;
    }
  } 
}

// 当 OPC 浏览器呼叫此 Item (湿度) 自动运行之副程序
float callbackhum(const char *itemID, const opcOperation opcOP, const float value){
   OPCItemType aOPCItem = aOPCEthernet.getOPCItem(itemID);                     
   
   float h = dht.readHumidity();   //读取湿度
   if (isnan(h)) {
      Serial.println("无法从DHT传感器读取！");
      return;
   }
   //判断此 Item 是可读可写的状态 
   if (opcOP == opc_opread) {
   if ((aOPCItem.opcAccessRight == opc_read) || (aOPCItem.opcAccessRight == opc_readwrite)) {
      return h;
    }
  } 
}

void loop() {
   aOPCEthernet.processOPCCommands();                  // 运行 OPC程序命令
   delay(2000);//延时2秒
}

6. 设计明细

  设计模版前需要配置OPCDAServer服务器。

• 到https://opcfoundation.org/developer-tools/samples-and-tools-classic/core-components/ (opens new window)下载OPC核心组件（下载可能需要注册账号），根据操作系统类型选择安装（文件名中包含OPC Core Components Redistributable的msi文件，双击即可）。

• 到https://www.st4makers.com/download/arduino-opc-server/ (opens new window)下载Arduino OPC Server。解压执行文件，注意执行文件的目录不能包含中文，否则可能会出现执行失败的情况。

• 运行ArduinoOPCServer.exe，切换至Configuration选项卡，点击Arduino Ethernet添加一个设置，在其中修改对应的Arduino设备的IP地址及端口号。点击Save Configuration。

  

• 点击程序目录中新生成的register.bat进行注册，若在注册完毕后需要取消注册的，点击unregister.bat。程序运行时需要保持注册的状态。

• 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)：TWidgetLCDLabel组件，控件名称为WidgetLCDLabel2。

  (17)：TLabel组件，控件名称为Label7。

  (18)：TLabel组件，控件名称为Label8。

  (19)：TOPCDAServer组件，控件名称为OPCDAServer1。

• Main窗体属性设置

  • Caption：主窗体标题，设置为OPCDA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)=2000。

• (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)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。

• (17)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。

  

• (18)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。

  

• (19)OPCDAServer1属性设置

  • 双击OPCDAServer1，打开OPC Inspector对话框。

  

  • 选择Server-Select，打开Select OPC Server对话框。

  

  • 点击右侧的Find按钮，列表中会出现可选的OPC服务器，选择该服务器，点击[ok]。

  

  • 回到OPC Inspector界面，选择Server-Connect，连接成功。接下来在该界面下新建Groups与Items。选择Groups-Add，填写组名称，点击OK保存。

  

  • 选择Items-Add，在Select OPC Item对话框中选择项目，此处的项目是在Arduino程序中进行定义的。选择对应选项，点击Open按钮。

  

  • 至此 OPCDAServer1配置完毕。

7. 程序设计

7.1. 程序初始设置

  程序启动时，启动OPCDAServer。

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

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，打开或者关闭计时器。

procedure TMyHandler.SwitchButton1Switch;
//SwitchButton1的OnSwitch事件，开启或关闭定时器定时读取
begin
  FThis.Timer1.Enabled := FThis.SwitchButton1.IsChecked;
end;

• (11)Timer1-OnTimer事件

  定时器事件，每隔2秒读取数据解析并显示。

procedure TMyHandler.Timer1Timer;
//Timer1的OnTimer事件，定时读取温湿度
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. 运行结果

  通过工具栏保存，将程序保存为 sdb 项目文件。

  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两秒更新一次。