صفحة 281 - كتاب إنترنت الأشياء - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

📚 تهيئة الاتصال وبرمجة متغيرات المشروع

المفاهيم الأساسية

متغيرات الاتصال بـ MQTT: متغيرات برمجية تُستخدم لتكوين اتصال بروتوكول MQTT بين العميل والوسيط.

خريطة المفاهيم

```markmap

7. الرسائل في إنترنت الأشياء

تصميم وبرمجة جهاز ذكي (صفحة 273)

مشروع: إدارة النفايات الذكية

#### المشكلة: اكتظاظ سكاني يؤدي لتراكم النفايات

#### الحل: استخدام حاويات نفايات ذكية

##### ترسل تنبيه عند الامتلاء

##### تحلل البيانات لتحسين العملية

#### التنفيذ: نموذج أولي لحاوية ذكية

##### يحسب متوسط مرات الاستخدام للوصول للسعة الكاملة

##### يرسل رسالة إلى وسيط (MQTT) عند كل استخدام

##### يرسل رسالة عند الامتلاء إلى متحكم النظام

#### التقنيات المستخدمة

##### متحكم أردوينو (Arduino)

##### برمجة باستخدام بروتوكول Firmata ولغة بايثون

##### منصة MQTT (مثل EMQX) لتوزيع الرسائل

مكونات وأدوات المشروع (صفحة 274)

الترانزستور الضوئي (Phototransistor)

#### الوظيفة: كشف الضوء وتحويله لإشارات كهربائية

#### الرمز التخطيطي: رمز ترانزستور مع سهمين باتجاه القاعدة

#### المظهر الفعلي: جسم بلاستيكي صغير بثلاثة أطراف ونافذة شفافة

مستشعر الإمالة (Tilt Sensor)

#### الوظيفة: قياس درجة الميل بالنسبة للجاذبية

#### الرمز التخطيطي: دائرة تحتوي على دوائر صغيرة تمثل آلية الكرة أو الزئبق

#### المظهر الفعلي: مكون مستطيل أسود بثلاثة أطراف

النموذج الأولي باستخدام الأردوينو (صفحة 275)

آلية عمل النموذج

#### مستشعر الإمالة: يسجل حدث الفتح/الإمالة في كل مرة.

#### الترانزستور الضوئي: يعمل كمستشعر عند الوصول إلى حد معين (يعني أن الحاوية مليئة).

المكونات المطلوبة

#### لوحة أردوينو أونو R3

#### لوحة توصيل الدوائر الصغيرة (Breadboard)

#### ترانزستور ضوئي

#### مستشعر إمالة

#### مقاومتان (1 كيلو أوم)

الاتصال ببسيط EMXQ العام (صفحة 276)

خطوات التثبيت والاتصال

#### 1. تثبيت تطبيق MQTTX

##### زيارة موقع: https://mqttx.app/

##### تنزيل أحدث إصدار وتشغيل المثبت

#### 2. تكوين الاتصال بالوسيط (EMQX)

##### فتح تطبيق MQTTX وإنشاء اتصال جديد

##### إدخال بيانات الاتصال:

###### الاسم (Name): مثال: desktop_connection

###### المضيف (Host): mqtt://broker.emqx.io

###### المنفذ (Port): 1883

دائرة الأردوينو (صفحة 277)

تثبيت المكونات

#### 1. لوحة أردوينو أونو R3

#### 2. لوحة توصيل الدوائر الصغيرة (Breadboard)

#### 3. مستشعر الضوء (Phototransistor)

#### 4. مستشعر الإمالة بأربعة أطراف (4-pin Tilt Sensor)

#### 5. مقاومتان (Resistor)

توصيل المكونات (صفحة 278)

توصيل الترانزستور الضوئي

#### 1. الباعث (Emitter) → الطرف التناظري A0 (سلك أصفر)

#### 2. المقاومة: طرف مع الباعث، والطرف الآخر → العمود السالب للوحة

#### 3. 5V من الأردوينو → المقاومة الموجبة للوحة (سلك أحمر)

#### 4. GND من الأردوينو → العمود السالب للوحة (سلك أسود)

#### 5. المجمع (Collector) → العمود الموجب للوحة

توصيل مستشعر الإمالة

#### 1. المقاومة الثانية → الطرف الثاني للمستشعر

#### 2. الطرف الثاني للمستشعر → الطرف الرقمي 3 للأردوينو (سلك أحمر)

#### 3. الطرف الرابع للمستشعر → العمود الموجب للوحة (سلك أحمر)

#### 4. المقاومة: طرف → العمود السالب للوحة (سلك أسود)

الدائرة بشكلها النهائي (صفحة 279)

الشكل النهائي للدائرة

#### شكل 7.16: مخطط تخطيطي للدائرة الكاملة

##### يوضح لوحة أردوينو أونو متصلة بلوحة توصيل

##### يظهر المكونات: مقاومة، LED، ترانزستور

##### يظهر أسلاك التوصيل (أحمر، أصفر، أخضر، أسود، برتقالي)

#### شكل 7.17: صورة فعلية للدائرة

##### تمثل الشكل الحقيقي للدائرة عند بنائها

##### تظهر المكونات نفسها في الواقع

#### شكل 7.18: توصيل الأطراف بالمكونات

##### يوضح كيفية توصيل مكونات محددة بأطراف الأردوينو

##### يظهر مكونًا مربعًا أسود

##### يظهر مكونًا دائريًا موصولًا بالطرف D3

##### يظهر مكونًا دائريًا موصولًا بالطرف A0

برمجة الأردوينو (صفحة 280)

إعداد بيئة البرمجة

#### 1. تشغيل بروتوكول StandardFirmata على الأردوينو

#### 2. تثبيت حزمة paho-mqtt في بايثون

##### الأمر: pip install paho-mqtt

#### 3. إنشاء ملف بايثون جديد (mqtt_arduino.py)

#### 4. استيراد المكتبات المطلوبة

##### datetime: لإنشاء طوابع زمنية

##### time: للتحكم في سير البرنامج

##### json: للعمل مع كائنات JSON

##### pyfirmata: للتواصل مع الأردوينو

##### paho.mqtt.client: لإنشاء عميل MQTT

#### 5. تعريف متغيرات عميل MQTT

##### CLIENT_ID: معرف العميل (مثال: "PUBLISHER_01")

##### MQTT_BROKER: عنوان الوسيط (مثال: "broker.emqx.io")

##### TOPIC: اسم الموضوع (مثال: "waste/drops")

##### PORT: منفذ الخادم الافتراضي (1883)

##### FLAG_CONNECTED: متغير إشارة للاتصال

تهيئة الاتصال وبرمجة المتغيرات (صفحة 281)

تهيئة الاتصال بالأردوينو

#### استخدام مكتبة pyfirmata للاتصال عبر منفذ معين (مثل COM4)

#### تحديد أطراف المستشعرات:

##### مستشعر الإضاءة: الطرف التناظري A0

##### مستشعر الإمالة: الطرف الرقمي 3

إنشاء متغيرات المشروع

#### can_full: متغير منطقي (True/False) يحدد ما إذا كانت الحاوية ممتلئة.

#### garbage_drops: عداد لتتبع عدد مرات الاستخدام (الإمالة).

إنشاء دالة لإعادة التعيين

#### reset_can(): تعيد تعيين متغيري can_full و garbage_drops إلى القيم الافتراضية عند امتلاء الحاوية.

```

نقاط مهمة

• متغيرات MQTT الأساسية هي: `CLIENT_ID`، `MQTT_BROKER`، `TOPIC`، `PORT`، `FLAG_CONNECTED`.
• يتم تهيئة الاتصال بالأردوينو باستخدام `pyfirmata.Arduino()` وتحديد منفذ الاتصال.
• يتم تعريف متغيرين رئيسيين لتتبع حالة الحاوية: `can_full` (علم) و `garbage_drops` (عداد).
• تُستخدم الدالة `reset_can()` لإعادة تعيين حالة الحاوية بعد تفريغها.

جدول 3.3: متغيرات الاتصال بـ MQTT

أضف الأسطر الآتية، والتي مهمتها تهيئة الاتصال بالأردوينو باستخدام بروتوكول (Firmata) وكذلك تكوين الأطراف الخاصة بمستشعر الإضاءة ومستشعر الإمالة المستخدمين للحصول على البيانات.

board = pyfirmata.Arduino('COM4') # Specify communication port it = pyfirmata.util.Iterator(board) # Select the board to connect it.start() # Connect to board # Selecting the sensor pins light_sensor_pin = board.get_pin('a:0:i') tilt_sensor_pin = board.get_pin('d:3:i')

أنشئ المتغيرات الآتية بالأسماء الآتية: can_full وهو مُسمًّى يُحدِّد ما إذا كانت حاوية القمامة قد مُلئت أم لا، و garbage_drops وهو عداد لتتبع عدد مرات الاستخدام لتعبئة الحاوية بالكامل.

can_full = False # Flag to indicate whether the can is full garbage_drops = 0 # Counter for the garbage drops

قم بإنشاء الدالة الآتية التي تعيد تعيين متغيري can_full و garbage_drops في كل مرة تكون فيها الحاوية ممتلئة.

def reset_can(): global garbage_drops # Access the garbage_drops variable global can_full # Access the can_full variable garbage_drops = 0 # Reset the counter to 0 can_full = False # Clear the can

وزارة التعليم Ministry of Education 2025 - 1447

جدول 3.3: متغيرات الاتصال بـ MQTT أضف الأسطر الآتية، والتي مهمتها تهيئة الاتصال بالأردوينو باستخدام بروتوكول (Firmata) وكذلك تكوين الأطراف الخاصة بمستشعر الإضاءة ومستشعر الإمالة المستخدمين للحصول على البيانات. board = pyfirmata.Arduino('COM4') # Specify communication port it = pyfirmata.util.Iterator(board) # Select the board to connect it.start() # Connect to board # Selecting the sensor pins light_sensor_pin = board.get_pin('a:0:i') tilt_sensor_pin = board.get_pin('d:3:i') أنشئ المتغيرات الآتية بالأسماء الآتية: can_full وهو مُسمًّى يُحدِّد ما إذا كانت حاوية القمامة قد مُلئت أم لا، و garbage_drops وهو عداد لتتبع عدد مرات الاستخدام لتعبئة الحاوية بالكامل. can_full = False # Flag to indicate whether the can is full garbage_drops = 0 # Counter for the garbage drops قم بإنشاء الدالة الآتية التي تعيد تعيين متغيري can_full و garbage_drops في كل مرة تكون فيها الحاوية ممتلئة. def reset_can(): global garbage_drops # Access the garbage_drops variable global can_full # Access the can_full variable garbage_drops = 0 # Reset the counter to 0 can_full = False # Clear the can وزارة التعليم Ministry of Education 2025 - 1447