صفحة 287 - كتاب إنترنت الأشياء - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

📚 اختبار الوسيط (Testing the Broker)

المفاهيم الأساسية

EMQX: وسيط MQTT عام لاختبار وتطوير تطبيقات MQTT.

MQTTX: عميل مكتبي لاختبار نشر واشتراك الرسائل.

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.

البرنامج بشكله النهائي (صفحة 284)

الكود الكامل

#### استيراد المكتبات:

##### datetime, time, json, pyfirmata, paho.mqtt.client

#### تعريف متغيرات عميل MQTT:

##### CLIENT_ID, MQTT_BROKER, TOPIC, PORT, FLAG_CONNECTED

#### تهيئة الاتصال بالأردوينو:

##### تحديد منفذ الاتصال (مثل 'COM4')

##### بدء مكرر (Iterator) للوحة

#### تحديد أطراف المستشعرات:

##### light_sensor_pin: الطرف التناظري A0

##### tilt_sensor_pin: الطرف الرقمي 3

#### تعريف متغيرات المشروع:

##### can_full: حالة امتلاء الحاوية

##### garbage_drops: عداد مرات الاستخدام

#### تعريف دالة reset_can():

##### إعادة تعيين garbage_drops = 0

##### إعادة تعيين can_full = False

الكود البرمجي (صفحة 285)

دالة publish_message()

#### الوظيفة: إنشاء ونشر رسالة JSON إلى وسيط MQTT.

#### الخطوات:

##### إنشاء طابع زمني (timestamp) بتنسيق "YYYY-MM-DD HH:MM:SS".

##### إنشاء قاموس يحتوي على: timestamp, garbage_drops, can_full.

##### تحويل القاموس إلى سلسلة JSON.

##### محاولة نشر الرسالة إلى الموضوع (TOPIC) باستخدام client.publish().

##### التعامل مع الأخطاء أثناء النشر.

##### الانتظار لمدة ثانيتين (time.sleep(2)) وطباعة تأكيد الإرسال.

دالة on_connect()

#### الوظيفة: معالج حدث الاتصال بوسيط MQTT.

#### آلية العمل:

##### تستقبل معامل rc الذي يمثل رمز النتيجة.

##### إذا كان rc == 0: الاتصال ناجح، يتم تعيين FLAG_CONNECTED = True.

##### إذا كان rc != 0: الاتصال فاشل.

البرنامج الرئيسي (صفحة 286)

الحلقة الرئيسية (Main Loop)

#### تهيئة عميل MQTT والاشتراك

##### client = mq.Client(CLIENT_ID)

##### client.on_connect = on_connect

##### client.connect(MQTT_BROKER, PORT)

##### client.subscribe(TOPIC, 0)

#### التكرار المستمر (while True)

##### قراءة قيم المستشعرات:

###### light_value = light_sensor_pin.read()

###### tilt_value = tilt_sensor_pin.read()

##### طباعة القيم إذا كانت موجودة.

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

##### التحقق من امتلاء الحاوية (light_value <= 0.200):

###### إذا كانت ممتلئة:

####### تعيين can_full = True.

####### نشر رسالة.

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

##### نشر رسالة في كل تكرار.

##### الانتظار ثانية واحدة (time.sleep(1)).

اختبار الوسيط (صفحة 287)

الغرض من الاختبار

#### التحقق من نشر الرسائل بشكل صحيح قبل تنفيذ كود بايثون.

#### استخدام عميل MQTTX للاشتراك في موضوع واستقبال الرسائل.

خطوات استخدام MQTTX للاشتراك

#### 1. في تبويبة desktop_connection، اضغط على زر New Subscription.

#### 2. في مربع نص Topic، اكتب "waste/drops".

#### 3. اضغط على زر Confirm.

```

نقاط مهمة

• يتم استخدام EMQX كوسيط عام لاختبار تطبيقات MQTT دون الحاجة لبنية تحتية خاصة.
• يتم استخدام عميل MQTTX للتحقق من نشر الرسائل قبل تنفيذ كود بايثون.
• يتم الاشتراك في موضوع "waste/drops" لاستقبال الرسائل المنشورة من برنامج بايثون عبر الوسيط.
• الهدف من الاختبار هو التأكد من أن الرسائل تُنشر وتُوزع بشكل صحيح عبر الوسيط.

اختبار الوسيط Testing the Broker

تُعد EMQX وسيط MQTT عام لاختبار وتطوير تطبيقات MQTT. تساعد EMQX في تطوير النماذج الأولية لتطبيقات إنترنت الأشياء دون الحاجة إلى وضع البنى التحتية وتطوير الوسيط. ستستخدم عميل MQTTX client للتحقق من نشر الرسائل، ثم ستنشئ مقطعًا برمجيًا آخر في البايثون يستقبل الرسائل المنشورة، ويُنشئ تقارير عن الحاوية، ويحلل البيانات الموجودة في تلك التقارير. بعد تحميل مخطط StandardFirmata إلى الأردوينو، نفذ تعليمات البايثون وحرك لوحة التجارب لتفعيل مستشعر الإمالة. في كل مرة يُمكن بها المستشعر، ستزداد النفايات والذي يشير إلى عدد المرات التي تم بها فتح الحاوية افتراضيًا لوضع القمامة. وعند تفعيل مستشعر الإمالة مع تغطية مستشعر الإضاءة، سينشر البرنامج رسالة مفادها أن الحاوية ممتلئة، ويعيد ضبط عداد النفايات. ستقوم في الدرس التالي بتحليل البيانات بناءً على الرسائل المنشورة. لاختبار نشر رسائلك بصورة صحيحة، ستستخدم العميل المكتبي MQTTX Agent قبل تنفيذ مقاطع البايثون البرمجية. ستستخدم عميل MQTTX للاشتراك في موضوع "waste/drops"، سينتظر العميل الآن استلام الرسائل التي تنشر من خلال برنامج البايثون وتوزع من خلال وسيط EMQX العام.

للاستخدام MQTTX للاشتراك في موضوع محدد

للاستخدام MQTTX للاشتراك في موضوع محدد

شكل 7.19: استخدام MQTTX للاشتراك في موضوع محدد

وزارة التعليم 287 Ministry of Education 2025 - 1447

اختبار الوسيط Testing the Broker تُعد EMQX وسيط MQTT عام لاختبار وتطوير تطبيقات MQTT. تساعد EMQX في تطوير النماذج الأولية لتطبيقات إنترنت الأشياء دون الحاجة إلى وضع البنى التحتية وتطوير الوسيط. ستستخدم عميل MQTTX client للتحقق من نشر الرسائل، ثم ستنشئ مقطعًا برمجيًا آخر في البايثون يستقبل الرسائل المنشورة، ويُنشئ تقارير عن الحاوية، ويحلل البيانات الموجودة في تلك التقارير. بعد تحميل مخطط StandardFirmata إلى الأردوينو، نفذ تعليمات البايثون وحرك لوحة التجارب لتفعيل مستشعر الإمالة. في كل مرة يُمكن بها المستشعر، ستزداد النفايات والذي يشير إلى عدد المرات التي تم بها فتح الحاوية افتراضيًا لوضع القمامة. وعند تفعيل مستشعر الإمالة مع تغطية مستشعر الإضاءة، سينشر البرنامج رسالة مفادها أن الحاوية ممتلئة، ويعيد ضبط عداد النفايات. ستقوم في الدرس التالي بتحليل البيانات بناءً على الرسائل المنشورة. لاختبار نشر رسائلك بصورة صحيحة، ستستخدم العميل المكتبي MQTTX Agent قبل تنفيذ مقاطع البايثون البرمجية. ستستخدم عميل MQTTX للاشتراك في موضوع "waste/drops"، سينتظر العميل الآن استلام الرسائل التي تنشر من خلال برنامج البايثون وتوزع من خلال وسيط EMQX العام. للاستخدام MQTTX للاشتراك في موضوع محدد للاستخدام MQTTX للاشتراك في موضوع محدد 1. في قائمة Connections (اتصالات) في تبويبة desktop_connection (سطح المكتب)، اضغط على زر New Subscription (اشتراك جديد). 2. في مربع نص Topic (الموضوع)، اكتب "waste/drops". 3. اضغط على زر Confirm (تأكيد). شكل 7.19: استخدام MQTTX للاشتراك في موضوع محدد وزارة التعليم 287 Ministry of Education 2025 - 1447 --- VISUAL CONTEXT --- **FIGURE**: MQTTX Connections Tab Description: A screenshot of the MQTTX application interface, showing the 'Connections' tab. A green dot indicates an active connection named 'desktop_connection'. To the right, a 'New Collection' tab and a 'desktop_connection' tab are visible. Below the 'desktop_connection' tab, a 'New Subscription' button is highlighted with a blue circle labeled '1', indicating the first step of the process. Context: Illustrates the initial step of creating a new subscription in the MQTTX client by clicking the 'New Subscription' button. **FIGURE**: New Subscription Dialog Description: A screenshot of the 'New Subscription' dialog box within the MQTTX application. The dialog has a required 'Topic' input field where 'waste/drops' is typed, highlighted by a blue circle labeled '2'. Below this, there are fields for 'QoS', 'Color', 'Alias', 'Subscription Identifier', 'No Local flag' (with true/false radio buttons), 'Retain as Published flag' (with true/false radio buttons), and 'Retain Handling' (with a 'Select' dropdown). At the bottom right, a 'Confirm' button is visible, highlighted by a blue circle labeled '3', indicating the final step of confirming the subscription. A 'Cancel' button is also present next to 'Confirm'. Context: Shows the process of entering a topic ('waste/drops') for a new subscription and confirming it in the MQTTX client.