صفحة 297 - كتاب إنترنت الأشياء - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

📚 برمجة وتطبيقات MQTT

المفاهيم الأساسية

تحديث ملف البيانات: إلحاق كائن التقرير الجديد بالمصفوفة الموجودة في ملف JSON وحفظه.

الجزء الرئيسي للبرنامج: فتح ملف البيانات، تهيئة عميل MQTT، ربط معالجات الأحداث، الاتصال بالوسيط، والاشتراك في موضوع للاستماع للرسائل.

التحقق من وجود ملف البيانات: خطوة ضرورية قبل قراءة الملف لتجنب حدوث أخطاء في البرنامج.

خريطة المفاهيم

```markmap

7. الرسائل في إنترنت الأشياء

إدارة النفايات الذكية وتحليل البيانات (صفحة 292)

إنشاء برامج تحليل البيانات

#### ملف mqtt_receiver.py

##### الوظيفة: الاشتراك في موضوع MQTT وجمع الرسائل.

##### المخرجات: حفظ البيانات في ملف JSON.

#### ملف data_analysis.ipynb

##### الوظيفة: قراءة البيانات من ملف JSON وتحليلها.

##### العملية: يقرأ البيانات، يكتب النتائج، يجمع المعلومات.

تدفق البيانات في النظام

#### وسيط MQTT: نقطة تمرير الرسائل بين الحاوية وبرامج التحليل.

#### ملف JSON: وسيط تخزين للبيانات المجمعة قبل تحليلها.

إنشاء ملف بيانات جسون (صفحة 293)

خطوات إنشاء الملف

#### 1. إنشاء ملف جديد باسم data.json

##### المحتوى: مصفوفة فارغة [].

#### 2. دور ملف mqtt_receiver.py

##### إلحاق كائنات JSON (التقارير) بالمصفوفة الموجودة في data.json.

#### 3. دور ملف data_analysis.py

##### فتح ملف data.json.

##### قراءة محتويات مصفوفة JSON.

##### إجراء عمليات تحليل البيانات.

برمجة ملف mqtt_receiver.py

#### استيراد الحزم المطلوبة

##### datetime: لإضافة طابع زمني للرسائل.

##### json: للتعامل مع كائنات JSON.

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

##### os: للتعامل مع الملفات.

#### إنشاء المتغيرات للتعامل مع ملف JSON

##### data_file: المسار الكامل لملف JSON.

##### data_file_objects: قائمة لتخزين الكائنات من ملف JSON.

برمجة عميل MQTT (صفحة 294)

إنشاء متغيرات اتصال MQTT

#### CLIENT_ID: معرف العميل (مثل RECEIVER_01).

#### MQTT_BROKER: عنوان الوسيط (مثل broker.emqx.io).

#### TOPIC: موضوع الاشتراك (مثل waste/drops).

#### PORT: منفذ الاتصال (مثل 1883).

#### FLAG_CONNECTED: علم حالة الاتصال (يبدأ بـ False).

إنشاء متغيرات تخزين البيانات

#### messages_stack: مصفوفة لتخزين الرسائل الخاصة بكل حاوية.

#### reports: مصفوفة لتخزين كائنات التقارير.

إنشاء دالة معالج الأحداث on_connect

#### الوظيفة: طباعة رسالة تأكيد الاتصال في Terminal.

#### العملية: تغيير قيمة FLAG_CONNECTED بناءً على رمز الاستجابة (rc).

##### إذا كان rc == 0: الاتصال ناجح.

##### إذا كان rc != 0: الاتصال فاشل.

برمجة دالة معالجة الرسائل (صفحة 295)

دالة on_message

#### الوظيفة: معالجة الرسائل الواردة من وسيط MQTT.

#### العملية:

##### فك تشفير حمولة الرسالة وتحويلها إلى كائن JSON.

##### إلحاق الكائن بالمصفوفة messages_stack.

##### طباعة الرسالة المستلمة في Terminal.

##### التحقق من وجود العلم can_filled في الكائن.

###### إذا كان True: استدعاء دالة generate_report().

توسعة البرنامج

#### يمكن توسعة البرنامج لمعالجة بيانات JSON تحتوي على المزيد من الحقول والمعلومات حول الناشرين.

برمجة دالة إنشاء التقرير (صفحة 296)

دالة generate_report()

#### الوظيفة: إنشاء كائن JSON للتقرير وإلحاقه بملف البيانات.

#### العملية:

##### الوصول إلى المتغيرات العامة: data_file_objects, messages_stack, reports.

##### استخراج الرسالة الأولى والأخيرة من messages_stack.

##### تحويل الطابع الزمني للرسائل من نص إلى كائن datetime.

##### حساب وقت الامتلاء (time_to_fill) بالدقائق من فرق الطابع الزمني بين الرسالة الأولى والأخيرة.

##### إنشاء كائن التقرير (report) الذي يحتوي على:

###### id: رقم التقرير (طول مصفوفة reports).

###### timestamp: الطابع الزمني للامتلاء.

###### garbage_drops: عدد قطرات النفايات.

###### time_to_fill: الوقت المستغرق لملء الحاوية.

تحديث البيانات والجزء الرئيسي للبرنامج (صفحة 297)

تحديث محتويات ملف البيانات

#### العملية:

##### إلحاق كائن التقرير (report) بمصفوفة data_file_objects.

##### كتابة مصفوفة data_file_objects المحدثة إلى ملف JSON.

##### إلحاق كائن التقرير بمصفوفة reports.

##### تفريغ مصفوفة messages_stack.

الجزء الرئيسي للبرنامج

#### العملية:

##### التحقق من وجود ملف البيانات (data.json) قبل قراءته.

##### قراءة محتويات ملف JSON وتخزينها في data_file_objects.

##### تهيئة عميل MQTT.

##### ربط معالج الأحداث on_connect بالدالة المناسبة.

##### ربط معالج الأحداث on_message بالدالة المناسبة.

##### الاتصال بوسيط MQTT باستخدام العنوان والمنفذ.

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

##### الاستماع بشكل مستمر للرسائل الواردة (loop_forever).

```

نقاط مهمة

• بعد إنشاء التقرير، يجب تحديث ملف البيانات الرئيسي (data.json) فوراً لحفظ المعلومات الجديدة.
• قبل أي عملية قراءة لملف البيانات، يجب التحقق من وجوده لتجنب أخطاء تشغيل البرنامج.
• الجزء الرئيسي من البرنامج يجمع بين تهيئة اتصال MQTT وإدارة ملف البيانات في سلسلة واحدة من الخطوات المنطقية.

# Append the new report to the objects of the data file # and write the data_file_objects array to the data file data_file_objects.append(report) with open(data_file, 'w') as file: json.dump(data_file_objects, file, indent=4, separators=(',', ':')) # Append the report object to the reports array and to the JSON data file # and clear the messages stack reports.append(report) messages_stack = []

تحديث محتويات مصفوفة البيانات وملف البيانات.

ستتحقق في الجزء الرئيس من البرنامج مما إذا كانت البيانات موجودة وتقوم بفتحها، ثم ستقوم بتهيئة عميل MQTT، وتربط معالجات الأحداث on_connect و on_message بالدوال المذكورة أعلاه. ثم تقوم بالاتصال بوسيط MQTT، والاشتراك في الموضوع المحدد والاستماع إلى الرسائل الواردة.

# Check if the data file exists if path.isfile(data_file) is False: raise Exception("Data file not found") # Read the contents of the JSON data file with open(data_file) as fp: data_file_objects = json.load(fp) client = mq.Client(CLIENT_ID) # Initialize an MQTT client client.on_connect = on_connect # Bind the on_connect event handler client.on_message = on_message # Bind the on_message event handler client.connect(MQTT_BROKER, PORT) # Connect on the specified MQTT broker client.subscribe(TOPIC, 0) # Subscribe to the specified topic client.loop_forever() # Listen continuously for messages

التأكد من وجود ملف البيانات لتجنب الأخطاء.

297

وزارة التعليم Ministry of Education 2025 - 1447

# Append the new report to the objects of the data file # and write the data_file_objects array to the data file data_file_objects.append(report) with open(data_file, 'w') as file: json.dump(data_file_objects, file, indent=4, separators=(',', ':')) # Append the report object to the reports array and to the JSON data file # and clear the messages stack reports.append(report) messages_stack = [] تحديث محتويات مصفوفة البيانات وملف البيانات. ستتحقق في الجزء الرئيس من البرنامج مما إذا كانت البيانات موجودة وتقوم بفتحها، ثم ستقوم بتهيئة عميل MQTT، وتربط معالجات الأحداث on_connect و on_message بالدوال المذكورة أعلاه. ثم تقوم بالاتصال بوسيط MQTT، والاشتراك في الموضوع المحدد والاستماع إلى الرسائل الواردة. # Check if the data file exists if path.isfile(data_file) is False: raise Exception("Data file not found") # Read the contents of the JSON data file with open(data_file) as fp: data_file_objects = json.load(fp) client = mq.Client(CLIENT_ID) # Initialize an MQTT client client.on_connect = on_connect # Bind the on_connect event handler client.on_message = on_message # Bind the on_message event handler client.connect(MQTT_BROKER, PORT) # Connect on the specified MQTT broker client.subscribe(TOPIC, 0) # Subscribe to the specified topic client.loop_forever() # Listen continuously for messages التأكد من وجود ملف البيانات لتجنب الأخطاء. 297 وزارة التعليم Ministry of Education 2025 - 1447