صفحة 283 - كتاب إنترنت الأشياء - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

📚 البرنامج الرئيسي

المفاهيم الأساسية

البرنامج الرئيسي: الجزء الذي يربط عميل MQTT، ويشترك في موضوع، ويدير حلقة تكرارية لقراءة المستشعرات واتخاذ القرارات بناءً على قيمها.

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.

إنشاء رسالة JSON (صفحة 282)

خطوات إنشاء الدالة publish_message()

#### 1. إنشاء متغير timestamp بتنسيق الوقت (مثال: "%H:%M:%S")

#### 2. إنشاء كائن قاموس (Dictionary) يحتوي على:

##### timestamp

##### garbage_drops

##### can_full

#### 3. تحويل القاموس إلى كائن JSON باستخدام json.dumps()

#### 4. نشر الرسالة إلى الموضوع المشترك (مثال: "waste/drops") عبر client.publish()

#### 5. التعامل مع الأخطاء المحتملة أثناء النشر

الاتصال بـ MQTT (صفحة 282)

إنشاء دالة معالج الأحداث on_connect()

#### الوظيفة: إرسال رسالة تأكيد إلى الواجهة الطرفية (Terminal) حول نجاح الاتصال أو فشله.

#### الوسيط rc: يرسل من خلال مكتبة paho ليعرض حالة الاتصال.

##### إذا كان rc == 0: الاتصال ناجح.

##### إذا كان rc != 0: الاتصال فاشل.

البرنامج الرئيسي (صفحة 283)

تهيئة عميل MQTT والاشتراك

#### تهيئة عميل MQTT باستخدام معرف العميل (CLIENT_ID).

#### ربط معالج الأحداث on_connect.

#### الاتصال بالوسيط (MQTT_BROKER) على المنفذ المحدد (PORT).

#### الاشتراك في الموضوع المحدد (TOPIC).

التكرار الرئيسي للبرنامج

#### قراءة قيم المستشعرات (light_value, tilt_value) بشكل مستمر.

#### طباعة القيم المقروءة وعداد القمامة (garbage_drops).

#### زيادة العداد (garbage_drops) عند حدوث إمالة (tilt_value == True).

#### إذا حدثت إمالة وكانت الحاوية ممتلئة (light_value <= 0.200):

##### تعيين can_full = True.

##### نشر رسالة عبر publish_message().

##### إعادة تعيين الحاوية عبر reset_can().

##### نشر رسالة أخرى.

#### الانتظار لمدة ثانية (time.sleep(1)) قبل التكرار التالي.

```

نقاط مهمة

• البرنامج الرئيسي يبدأ بتهيئة عميل MQTT والاتصال بالوسيط والاشتراك في الموضوع.
• الحلقة التكرارية الرئيسية (`while True`) تقرأ قيم المستشعرات بشكل مستمر.
• يتم اعتبار الحاوية ممتلئة إذا كانت قيمة الضوء (`light_value`) أقل من أو تساوي `0.200`.
• عند حدوث إمالة (`tilt_value == True`) والحاوية ممتلئة، يتم نشر رسالة وإعادة تعيين الحاوية.

سنقوم في الجزء الرئيسي من البرنامج بتهيئة عميل MQTT، وربط معالج الأحداث on_connect بالأحداث المذكورة أعلاه، ثم الاتصال بـ MQTT المحدد، والاشتراك في الموضوع المحدد.

client = mq.Client(CLIENT_ID) # Initialize an MQTT client client.on_connect = on_connect # Bind the on_connect event handler client.connect(MQTT_BROKER, PORT) # Connect to the specified MQTT broker client.subscribe(TOPIC, 0) # Subscribe to the specified topic

قم بإنشاء التكرار الرئيسي للبرنامج. إذا كانت قيمة light_value أقل من 0.200، فستُعدّ الحاوية ممتلئة.

while True: # Get sensor values light_value = light_sensor_pin.read() tilt_value = tilt_sensor_pin.read() if (light_value is not None) and (tilt_value is not None): print("Light levels : " + str(light_value)) print("Tilt levels : " + str(tilt_value)) print("Garbage drops : " + str(garbage_drops)) # If there is a tilt, add 1 to the counter if (tilt_value == True): garbage_drops += 1 # If there is a tilt and the can is full # publish a message and reset the can if (light_value <= 0.200): can_full = True publish_message() reset_can() publish_message() time.sleep(1)

سيبدأ في نشر البيانات عندما تمتلئ حاوية القمامة التي يكشف عنها في ظروف الإضاءة المنخفضة.

283 وزارة التعليم Ministry of Education 2025 - 1447

سنقوم في الجزء الرئيسي من البرنامج بتهيئة عميل MQTT، وربط معالج الأحداث on_connect بالأحداث المذكورة أعلاه، ثم الاتصال بـ MQTT المحدد، والاشتراك في الموضوع المحدد. client = mq.Client(CLIENT_ID) # Initialize an MQTT client client.on_connect = on_connect # Bind the on_connect event handler client.connect(MQTT_BROKER, PORT) # Connect to the specified MQTT broker client.subscribe(TOPIC, 0) # Subscribe to the specified topic قم بإنشاء التكرار الرئيسي للبرنامج. إذا كانت قيمة light_value أقل من 0.200، فستُعدّ الحاوية ممتلئة. while True: # Get sensor values light_value = light_sensor_pin.read() tilt_value = tilt_sensor_pin.read() if (light_value is not None) and (tilt_value is not None): print("Light levels : " + str(light_value)) print("Tilt levels : " + str(tilt_value)) print("Garbage drops : " + str(garbage_drops)) # If there is a tilt, add 1 to the counter if (tilt_value == True): garbage_drops += 1 # If there is a tilt and the can is full # publish a message and reset the can if (light_value <= 0.200): can_full = True publish_message() reset_can() publish_message() time.sleep(1) سيبدأ في نشر البيانات عندما تمتلئ حاوية القمامة التي يكشف عنها في ظروف الإضاءة المنخفضة. 283 وزارة التعليم Ministry of Education 2025 - 1447