نحوه اتصال  NVIDIA Jetson Xavier NX Developer Kit به ThingsConnect

مقدمه

NVIDIA Jetson Xavier NX Developer Kit یک کامپیوتر هوش مصنوعی قدرتمند و جمع و جور است که تا 21 TOPS از محاسبات شتاب‌بخشی را در یک فرم فاکتور کوچک ارائه می‌دهد. این کیت برای ماشین‌های خودکار، روبات‌های صنعتی و سیستم‌های جاسازی طراحی شده است که نیاز به هوش مصنوعی با عملکرد بالا در لبه دستگاه دارند.

در این راهنما، خواهیم آموخت که چگونه دستگاه را در Thingsboard ایجاد کنیم، کتابخانه‌ها و ابزارهای مورد نیاز را نصب کنیم. سپس کد خود را تغییر داده و آن را بر روی دستگاه آپلود کرده و نتایج کدزنی خود و داده‌ها 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 از قابلیت‌های ارائه شده مانند ویژگی‌های مشترک یا درخواست‌های RPC استفاده خواهیم کرد تا دستگاه خود را کنترل کنیم.

پیشنیازها

برای ادامه راهنما، به موارد زیر نیاز خواهیم داشت:

•  NVIDIA Jetson Xavier NX Developer Kit
• کتابخانه tb-mqtt-client
• Python ≥ 3.7
•  Adafruit-Blinka
• حساب ThingsBoard

ایجاد دستگاه در ThingsBoard

به منظور سادگی، ما دستگاه را به صورت دستی با استفاده از رابط کاربری (UI) ایجاد خواهیم کرد.

• ابتدا وارد نسخه ThingsBoard خود شوید و به “Entities” بروید. سپس بر روی صفحه “Devices” کلیک کنید.
• روی آیکون “+” در گوشه بالا سمت راست جدول کلیک کرده و سپس “Add new device” را انتخاب کنید.
• نام دستگاه را وارد کنید. به عنوان مثال، “دستگاه من”. در این مرحله تغییرات دیگری لازم نیست. برای افزودن دستگاه بر روی “Add” 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 با استفاده از دستور زیر نصب می‌شود. با این حال، توصیه می‌کنیم بسته‌ها را خارج از محیط سیستم عمومی نصب کنید:

pip3 install tb-mqtt-client

همچنین، باید ابزارهایی که اجازه ویرایش کد را می‌دهند، نصب کرده باشید. به عنوان مثال، شما می‌توانید از ویرایشگر Nano استفاده کنید که به صورت پیش‌فرض در دسترس است یا هر ویرایشگر کد دیگری که با آن آشنایی دارید را نصب کنید.

اتصال دستگاه به ThingsBoard

برای اتصال دستگاه، ابتدا باید اطلاعات احراز هویت دستگاه را دریافت کنید. ThingsBoard از انواع مختلفی از اطلاعات احراز هویت دستگاه پشتیبانی می‌کند. ما توصیه می‌کنیم از اطلاعات احراز هویت پیش‌فرض و خودکار تولید شده استفاده کنید که در این راهنما برای شما نشان داده می‌شود.

• روی ردیف دستگاه در جدول کلیک کنید تا جزئیات دستگاه را باز کنید.
• روی “Copy access token” کلیک کنید. توکن در کلیپ‌بورد شما کپی خواهد شد. لطفاً آن را در مکانی امن ذخیره کنید.

//img

هم‌اکنون آماده‌اید تا داده‌های تلمتری به نمایندگی از دستگاه خود منتشر کنید. ما، همانطور که قبلاً اشاره شد، از کتابخانه “thingsboard-python-client-sdk” استفاده خواهیم کرد. بیایید پروژه‌مان 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 آن قرار دهید:

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 اجرا 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 کرده و توضیحی برای آن بدهیم. در این مرحله، ما به تابع get_data علاقه‌مند هستیم. در این تابع، داده‌ها بسته‌بندی و در یک دیکشنری برگشت داده می‌شوند، بنابراین شما می‌توانید به سادگی تلمتری‌ها یا ویژگی‌های جدید را به دیکشنری اضافه کنید اگر می‌خواهید مقادیر دیگری را نظارت کنید:

...
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
...

قسمت ارسال داده، همانطور که در زیر مشاهده می‌کنید، ما ویژگی‌ها و داده‌های تلمتری خود را هر 60 ثانیه ارسال می‌کنیم (اگر می‌خواهید بروزرسانی داده‌ها بیشتری را تجربه کنید، می‌توانید آن 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

توجه داشته باشید که برای دستگاه خود ویژگی مشترک blinkingPeriod را ایجاد کنید.

به منظور دریافت وضعیت دستگاه از ThingsBoard در طول بوت شدن، قابلیتی برای این کار در کد وجود دارد. بخش‌های مربوط به 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 اینکه توانایی دریافت داده توسط تابع‌های فراخوانی شده را به آن‌ها بدهیم، باید یک درخواست به ThingsBoard ارسال کنیم. این قابلیت به ما امکان می‌دهد که وضعیت واقعی پس از راه‌اندازی مجدد را حفظ کنیم.

بررسی داده‌ها در ThingsBoard

بعد از انتشار موفق ویژگی‌ها و داده‌های تلمتری، باید به طور فوری آن‌ها را در برگه تلمتری دستگاه مشاهده کنید:

• روی ردیف دستگاه در جدول کلیک کنید تا جزئیات دستگاه را باز کنید.
• به برگه تلمتری رفته و آن‌ها را مشاهده کنید.

//Img

همچنین، بیایید ویژگی‌ها و داده‌های تلمتری را در یک داشبورد نشان دهیم. برای این کار، می‌توانید داشبورد خود را با ابزارهای سفارشی خود ایجاد کنید یا از یک داشبورد آماده استفاده کرده و آن را به سادگی وارد کنید.

کنترل دستگاه با استفاده از ویژگی‌های مشترک

توجه داشته باشید که برای دستگاه خود ویژگی مشترک blinkingPeriod را ایجاد کنید.

همچنین، می‌توانیم مدت زمان تابش را با استفاده از قابلیت به‌روزرسانی ویژگی‌های مشترک تغییر دهیم.

این نوع ویژگی فقط برای دستگاه‌ها در دسترس است. آن شبیه به ویژگی‌های سمت سرور است اما یک تفاوت مهم دارد. نرم‌افزار/برنامه دستگاه می‌تواند مقدار ویژگی‌های مشترک را درخواست کند یا به به‌روزرسانی ویژگی‌ها مشترک شود. شاید استفاده متداول از ویژگی‌های مشترک، ذخیره تنظیمات دستگاه باشد.

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

اگر Python را نصب نکرده‌اید، لطفاً مراحل بعدی 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، نیازمند کتابخانه Adafruit-Blinka هستیم. لطفاً از دستور زیر برای نصب آن استفاده کنید:

pip3 install Adafruit-Blinka

در حال حاضر، آماده هستیم که کد خود را بنویسیم. در این قسمت، از بسته‌های جدید برای تابش (blink) LED خود استفاده می‌کنیم در تابع blink. 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 با استفاده از ویجت زیر، که در گوشه پایین سمت راست داشبورد مشاهده می‌کنید، دوره چشمک زدن را تغییر دهید:

//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.
حالا، 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 نمونه‌ای 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)

    ...

به طور نهایی، بیایید دکمه خود را فشار داده و داده‌های OrangePI 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 شرح داده شده است، می‌توانید به سادگی دستگاه توسعه‌ی NVIDIA Jetson Xavier NX خود را به ThingsBoard متصل کنید و داده‌ها را ارسال کنید.

برای یادگیری بیشتر در مورد مفاهیم و ویژگی‌های کلیدی، به مستندات پلتفرم مراجعه کنید. به عنوان مثال، قوانین هشدار یا داشبوردها را پیکربندی کنید.