نحوه اتصال NVIDIA Jetson Nano Developer Kit به ThingsConnect

مقدمه

کیت توسعه نانویی جتسون انویدیا یک کامپیوتر کوچک و قدرتمند است که به شما امکان می‌دهد چندین شبکه عصبی را به صورت موازی اجرا کنید، برای برنامه‌هایی مانند طبقه‌بندی تصاویر، شناسایی اشیاء و پردازش گفتار. این کیت برای سازندگان و توسعه دهندگانی که می‌خواهند دستگاه‌های هوشمند را در لبه شبکه بسازند، بسیار مناسب است.

در این راهنما، خواهیم آموخت که چگونه دستگاهی در Thingsboard ایجاد کنیم، کتابخانه‌ها و ابزارهای مورد نیاز را نصب کنیم. سپس کدهای خود را تغییر داده و به دستگاه آپلود کرده و نتایج کدنویسی خود را بررسی کرده و اطلاعات را در ThingsBoard با استفاده از داشبورد وارد شده بررسی خواهیم کرد. دستگاه ما با استفاده از قابلیت درخواست‌های مشترک و ویژگی‌های مشترک همگام می‌شود.

البته، ما با استفاده از قابلیت‌های ارائه شده مانند ویژگی‌های مشترک یا درخواست‌های RPC، دستگاه خود را کنترل خواهیم کرد.

پیش نیازها

برای ادامه کار با این راهنما، به موارد زیر نیاز خواهیم داشت:

• کیت توسعه نانویی جتسون انویدیا
•  کتابخانه tb-mqtt-client
•  پایتون ≥ 3.7
• Adafruit-Blinka
•  حساب کاربری ThingsBoard

 ایجاد دستگاه در ThingsBoard

برای سادگی، ما دستگاه را به صورت دستی با استفاده از رابط کاربری ایجاد خواهیم کرد.

•  وارد حساب ThingsBoard خود شوید و به بخش “موجودیت‌ها” بروید. سپس بر روی صفحه “دستگاه‌ها” کلیک کنید.
• روی آیکون “+” در گوشه بالا سمت راست جدول کلیک کنید و سپس “اضافه کردن دستگاه جدید” را انتخاب کنید.
•  نام دستگاه را وارد کنید. به عنوان مثال، “دستگاه من”. در این مرحله تغییر دیگری لازم نیست. برای اضافه کردن دستگاه روی “اضافه کردن” کلیک کنید.
•  دستگاه شما اضافه شده است.

//img

نصب کتابخانه‌ها و ابزارهای مورد نیاز

شما باید کتابخانه thingsboard-python-client-sdk را نصب کرده باشید که می‌توانید از طریق دستور زیر آن را نصب کنید. با این حال، توصیه می‌کنیم بسته‌ها را خارج از محیط سراسری نصب کنید:

pip3 install tb-mqtt-client

همچنین، شما باید ابزارهایی را که امکان ویرایش کد را فراهم می‌کنند نصب کنید. به عنوان مثال، می‌توانید از ویراگر Nano استفاده کنید که به صورت پیش‌فرض نصب شده است یا هر ویرایشگر کد دیگری که با آن آشنایی دارید را نصب کنید.

اتصال دستگاه به ThingsBoard

برای اتصال دستگاه، ابتدا باید اطلاعات اعتبارهای دستگاه را دریافت کنید. ThingsBoard از انواع مختلفی از اعتبارهای دستگاه پشتیبانی می‌کند. ما توصیه می‌کنیم از اعتبارهای پیش‌فرض و خودکار تولید شده استفاده کنید که در این راهنما از توکن دسترسی استفاده می‌شود.

• روی ردیف دستگاه در جدول کلیک کنید تا جزئیات دستگاه باز شود.
• روی “کپی کردن توکن دسترسی” کلیک کنید. توکن در کلیپبورد شما کپی خواهد شد. لطفاً آن را در جایی امن ذخیره کنید.

//img

حالا آماده هستید تا داده‌های تلمتری را به نیابت از دستگاه خود منتشر کنید. همانطور که قبلاً اشاره شد، از کتابخانه “thingsboard-python-client-sdk” استفاده خواهیم کرد. بیایید پروژه خود را راه‌اندازی کنیم:

• ایجاد پوشه پروژه:

mkdir thingsboard_example && cd thingsboard_example

• نصب بسته‌ها:

pip install tb-mqtt-client

• ایجاد اسکریپت اصلی:

nano main.py

• کد زیر را کپی و در اسکریپت اصلی paste کنید:

import logging.handlers
import time
import os
   
from tb_gateway_mqtt import TBDeviceMqttClient
   
ACCESS_TOKEN = "TEST_TOKEN"
THINGSBOARD_SERVER = 'demo.thingsboard.io'
THINGSBOARD_PORT = 1883

logging.basicConfig(level=logging.DEBUG)
   
client = None
   
# default blinking period
period = 1.0
   
   
# callback function that will call when we will change value of our Shared Attribute
def attribute_callback(result, _):
     print(result)
     # make sure that you paste YOUR shared attribute name
     period = result.get('blinkingPeriod', 1.0)

# callback function that will call when we will send RPC
def rpc_callback(id, request_body):
    # request body contains method and other parameters
    print(request_body)
    method = request_body.get('method')
    if method == 'getTelemetry':
        attributes, telemetry = get_data()
        client.send_attributes(attributes)
        client.send_telemetry(telemetry)
    else:
        print('Unknown method: ' + method)
   
   
def get_data():
    cpu_usage = round(float(os.popen('''grep 'cpu ' /proc/stat | awk '{usage=($2+$4)*100/($2+$4+$5)} END {print usage }' ''').readline().replace('\n', '').replace(',', '.')), 2)
    ip_address = os.popen('''hostname -I''').readline().replace('\n', '').replace(',', '.')[:-1]
    mac_address = os.popen('''cat /sys/class/net/*/address''').readline().replace('\n', '').replace(',', '.')
    processes_count = os.popen('''ps -Al | grep -c bash''').readline().replace('\n', '').replace(',', '.')[:-1]
    swap_memory_usage = os.popen("free -m | grep Swap | awk '{print ($3/$2)*100}'").readline().replace('\n', '').replace(',', '.')[:-1]
    ram_usage = float(os.popen("free -m | grep Mem | awk '{print ($3/$2) * 100}'").readline().replace('\n', '').replace(',', '.')[:-1])
    st = os.statvfs('/')
    used = (st.f_blocks - st.f_bfree) * st.f_frsize
    boot_time = os.popen('uptime -p').read()[:-1]
    avg_load = (cpu_usage + ram_usage) / 2
   
    attributes = {
        'ip_address': ip_address,
        'macaddress': mac_address
    }
    telemetry = {
        'cpu_usage': cpu_usage,
        'processes_count': processes_count,
        'disk_usage': used,
        'RAM_usage': ram_usage,
        'swap_memory_usage': swap_memory_usage,
        'boot_time': boot_time,
        'avg_load': avg_load
    }
    print(attributes, telemetry)
    return attributes, telemetry
   
# request attribute callback
def sync_state(result, exception=None):
     global period
     if exception is not None:
         print("Exception: " + str(exception))
     else:
         period = result.get('shared', {'blinkingPeriod': 1.0})['blinkingPeriod']

def main():
     global client
     client = TBDeviceMqttClient(THINGSBOARD_SERVER, THINGSBOARD_PORT, ACCESS_TOKEN)
     client.connect()
     client.request_attributes(shared_keys=['blinkingPeriod'], callback=sync_state)
        
     # now attribute_callback will process shared attribute request from server
     sub_id_1 = client.subscribe_to_attribute("blinkingPeriod", attribute_callback)
     sub_id_2 = client.subscribe_to_all_attributes(attribute_callback)

     # now rpc_callback will process rpc requests from server
     client.set_server_side_rpc_request_handler(rpc_callback)

     while not client.stopped:
         attributes, telemetry = get_data()
         client.send_attributes(attributes)
         client.send_telemetry(telemetry)
         time.sleep(60)
   
if __name__=='__main__':
    if ACCESS_TOKEN != "TEST_TOKEN":
        main()
    else:
        print("Please change the ACCESS_TOKEN variable to match your device access token and run script again.")

در کد بالا، مقادیر متغیرهای زیر – THINGSBOARD_SERVER، ACCESS_TOKEN را به اعتبارنامه خود تغییر دهید.

متغیرهای لازم برای اتصال:

//جدول

• برای ذخیره کردن فایل، کلیدهای Ctrl+X و سپس Ctrl+O را فشار دهید.
• و در نهایت، بیایید اسکریپت خود را شروع کنیم.

python3 main.py

اگر همه چیز را به درستی انجام داده باشید، باید خروجی کنسول زیر را مشاهده کنید:

> INFO:tb_device_mqtt:connection SUCCESS
> 
> 
> {'ip_address': '192.168.1.198', 'macaddress': '3c:06:30:44:e0:24'} {'cpu_usage': 6.6, 'processes_count': 8, 'disk_usage': 70.0, 'RAM_usage': 73.9, 'swap_memory_usage': 69.4, 'battery': 29, 'boot_time': 1675154176.0}
>

بیایید کد خود را مرور کنیم و توضیحی برای آن ارائه دهیم. در این مرحله، علاقه‌مندیم به تابع get_data باشیم. در این تابع، داده‌ها بسته‌بندی شده و در صورت نیاز می‌توانید تلمتری جدید یا ویژگی‌های دیگر را به دیکشنری اضافه کنید تا اگر مقادیر بیشتری را می‌خواهید نظارت کنید، این کار را به راحتی انجام دهید.

...
def get_data():
       cpu_usage = round(float(os.popen('''grep 'cpu ' /proc/stat | awk '{usage=($2+$4)*100/($2+$4+$5)} END {print usage }' ''').readline().replace('\n', '').replace(',', '.')), 2)
       ip_address = os.popen('''hostname -I''').readline().replace('\n', '').replace(',', '.')[:-1]
       mac_address = os.popen('''cat /sys/class/net/*/address''').readline().replace('\n', '').replace(',', '.')
       processes_count = os.popen('''ps -Al | grep -c bash''').readline().replace('\n', '').replace(',', '.')[:-1]
       swap_memory_usage = os.popen("free -m | grep Swap | awk '{print ($3/$2)*100}'").readline().replace('\n', '').replace(',', '.')[:-1]
       ram_usage = float(os.popen("free -m | grep Mem | awk '{print ($3/$2) * 100}'").readline().replace('\n', '').replace(',', '.')[:-1])
       st = os.statvfs('/')
       used = (st.f_blocks - st.f_bfree) * st.f_frsize
       boot_time = os.popen('uptime -p').read()[:-1]
       avg_load = (cpu_usage + ram_usage) / 2
   
       attributes = {
           'ip_address': ip_address,
           'macaddress': mac_address
       }
       telemetry = {
           'cpu_usage': cpu_usage,
           'processes_count': processes_count,
           'disk_usage': used,
           'RAM_usage': ram_usage,
           'swap_memory_usage': swap_memory_usage,
           'boot_time': boot_time,
           'avg_load': avg_load
       }
       print(attributes, telemetry)
       return attributes, telemetry
...

بخش ارسال داده‌ها، همانطور که در زیر مشاهده می‌کنید، ما ویژگی‌ها و داده‌های تلمتری را هر 60 ثانیه ارسال می‌کنیم (اگر می‌خواهید به‌طور متناوب‌تر داده‌ها به‌روز شوند، به آزادی خود اجازه دهید و این مقدار را تغییر دهید).

...		
    while not client.stopped:
        attributes, telemetry = get_data()
        client.send_attributes(attributes)
        client.send_telemetry(telemetry)
        time.sleep(60)
...

همگام‌سازی وضعیت دستگاه با استفاده از درخواست کاربر و ویژگی مشترک:

قبل از همه، لطفاً مطمئن شوید که ویژگی مشترک “blinkingPeriod” را در دستگاه خود ایجاد کرده‌اید.

برای دریافت وضعیت دستگاه از ThingsBoard در هنگام راه‌اندازی، در کد قابلیتی برای این کار وجود دارد. قسمت‌های مسئول این کار در کد نمونه عبارتند از:

بازخوانی ویژگی (Attribute callback):

def sync_state(result, exception=None):
    global period
    if exception is not None:
        print("Exception: " + str(exception))
    else:
        period = result.get('shared', {'blinkingPeriod': 1.0})['blinkingPeriod']

درخواست ویژگی:

def main():
    client = TBDeviceMqttClient("thingsboard.cloud", 1883, "ACCESS_TOKEN")
    client.connect()
    client.request_attributes(shared_keys=['blinkingPeriod'], callback=sync_state)
    ...

برای امکان دریافت داده‌ها توسط تابع‌های فراخوانی (callbacks)، باید درخواستی به ThingsBoard ارسال کنیم. این قابلیت به ما اجازه می‌دهد تا پس از راه‌اندازی مجدد، وضعیت فعلی را حفظ کنیم.

بررسی داده‌ها در ThingsBoard

با موفقیت ویرایش‌ها و داده‌های اندازه‌گیری را منتشر کردید، باید به سرعت آن‌ها را در برگه Telemetry دستگاه مشاهده کنید:

• روی ردیف دستگاه در جدول کلیک کنید تا جزئیات دستگاه باز شود.
• به برگه telemetry رفته و بررسی‌ها را انجام دهید.

//Img

همچنین، برای نمایش ویژگی‌ها و داده‌های اندازه‌گیری یک کامپیوتر تک برد (single board computer) در یک داشبورد، می‌توانید یک داشبورد سفارشی با ابزارهای خودتان ایجاد کنید یا از یک داشبورد آماده استفاده کنید و به سادگی آن را وارد کنید.

کنترل دستگاه با استفاده از ویژگی‌های مشترک

قبل از هر چیز، حتماً ویژگی مشترک blinkingPeriod را در دستگاه خود ایجاد کنید.

همچنین، می‌توانیم با استفاده از قابلیت به‌روزرسانی ویژگی مشترک، دوره چشمک‌زنی را تغییر دهیم.

این نوع ویژگی فقط برای دستگاه‌ها در دسترس است. این شبیه به ویژگی‌های سمت سرور است، اما یک تفاوت مهم دارد. نرم‌افزار/فریمورک دستگاه ممکن است درخواست مقدار ویژگی(های) مشترک را ارسال کند یا به به‌روزرسانی ویژگی(های) مشترک مشترک شود. مورد استفاده رایج ترین ویژگی‌های مشترک ذخیره تنظیمات دستگاه است.

برای اجرای کد این بخش از راهنما، توصیه می‌کنیم از Python 3.9 یا بالاتر استفاده کنید.

اگر Python را نصب نکرده‌اید، لطفاً مراحل زیر را دنبال کنید:

sudo apt update
sudo apt install software-properties-common

sudo add-apt-repository ppa:deadsnakes/ppa

sudo apt install python3.9

sudo apt-get install -y python3 git python3-pip

همچنین به کتابخانه Adafruit-Blinka نیاز داریم. لطفا برای نصب از دستور زیر استفاده کنید:

pip3 install Adafruit-Blinka

در حال حاضر، آماده هستیم که کد خود را بنویسیم. در این قسمت، از بسته‌های جدید برای تعامل با LED خود استفاده می‌کنیم تا در تابش تابه‌ای (blinking) آن تغییراتی ایجاد کنیم. همچنین، از تابع attribute_callback نیز استفاده می‌کنیم که وقتی مقدار ویژگی مشترک ما تغییر کند، فراخوانی خواهد شد. و در نهایت، callback خود را به subscriber در تابع اصلی متصل می‌کنیم.

import digitalio
import board

...

# default blinking period
period = 1.0

# callback function that will call when we will change value of our Shared Attribute
def attribute_callback(client, result):
    print(client, result)
    # make sure that you paste YOUR shared attribute name
    period = result.get('blinkingPeriod', 1.0)

def main():
    ...
    # make sure that you paste YOUR shared attribute name
    sub_id_1 = client.subscribe_to_attribute("blinkingPeriod", attribute_callback)
    sub_id_2 = client.subscribe_to_all_attributes(attribute_callback)
    led = digitalio.DigitalInOut(board.PD14)
    led.direction = digitalio.Direction.OUTPUT
    ...
    led.value = True
    time.sleep(period)
    led.value = False
    time.sleep(period)

همچنین، اگر از داشبورد وارد شده استفاده می‌کنید، می‌توانید دوره تابش را با استفاده از ابزارک زیر تغییر دهید که را در گوشه پایین سمت راست داشبورد مشاهده می‌کنید:

//img

کنترل دستگاه با استفاده از RPC

ThingsBoard به شما امکان ارسال فراخوانی‌های رومزی (RPC) از برنامه‌های سمت سرور به دستگاه‌ها و بالعکس را می‌دهد. در واقع، این ویژگی به شما امکان ارسال دستورات به/از دستگاه‌ها و دریافت نتایج اجرای دستور را می‌دهد.

در این راهنما، ما دستور RPC را برای به دست آوردن داده‌های تلمتری اورنج‌پای را فوراً پیکربندی خواهیم کرد. اگر از داشبورد وارد شده استفاده می‌کنید، نیازی به پیکربندی هیچ چیزی ندارید، زیرا در داشبورد شما می‌توانید ابزارک زیر را مشاهده کنید:

//img
💡 اگر داشبورد جدیدی ایجاد می‌کنید، می‌توانید از ابزارک “دکمه RPC” برای ارتباط یکطرفه RPC استفاده کنید که در بسته “ابزارهای کنترل” قرار دارد.
در حال حاضر، آماده هستیم که کد خود را بنویسیم. ابتدا باید تابع rpc_callback را ایجاد کنیم که در هنگام دریافت RPC از سرور فراخوانی خواهد شد. و همانند نمونه ای که با ویژگی‌های مشترک استفاده شده است، نیاز است تا تابع فراخوانی rpc خود را با subscriber در تابع اصلی مرتبط کنیم.

client = None

...

# callback function that will call when we will send RPC
def rpc_callback(id, request_body):
    # request body contains method and other parameters
    print(request_body)
    method = request_body.get('method')
    if method == 'getTelemetry':
        attributes, telemetry = get_data()
        client.send_attributes(attributes)
        client.send_telemetry(telemetry)
    else:
        print('Unknown method: ' + method)

...

def main():
    ...

    # now rpc_request_response will process rpc requests from server
    client.set_server_side_rpc_request_handler(rpc_callback)

    ...

سرانجام، بیایید دکمه را فشار داده و سعی کنیم داده‌های اورنج‌پای را دریافت کنیم:

//img

همچنین، اگر همه چیز را به درستی انجام داده‌اید، باید خروجی کنسول زیر را مشاهده کنید:

{‘method’: ‘getTelemetry’, ‘params’: {}}

نتیجه‌گیری

با دانشی که در این راهنما آورده شده است، شما به راحتی می‌توانید دستگاه توسعه‌دهنده NVIDIA Jetson Nano خود را به ThingsBoard متصل کرده و داده‌ها را ارسال کنید.

برای کسب اطلاعات بیشتر درباره مفاهیم و ویژگی‌های کلیدی، به مستندات پلتفرم مراجعه کنید. به عنوان مثال، قوانین هشدار یا داشبوردها را پیکربندی کنید.