صفحة 299 - كتاب إنترنت الأشياء - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

📚 فك تشفير الرسائل وإنشاء التقارير

المفاهيم الأساسية

فك تشفير حمولة الرسالة (payload): تحويل البيانات المشفرة الواردة عبر MQTT إلى نص مقروء باستخدام `str(msg.payload.decode())`.

تحويل إلى كائن JSON: تحويل النص الناتج إلى كائن برمجي (قاموس) في Python باستخدام `json.loads(payload)`.

توليد التقرير (generate_report): دالة تُستدعى تلقائياً عند استلام رسالة تحتوي على العلم `"can_filled": True` لإنشاء تقرير عن الحاوية الممتلئة.

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).

البرنامج بشكله النهائي (صفحة 298)

الكود الكامل لملف mqtt_receiver.py

#### استيراد المكتبات

##### from datetime import datetime

##### import json

##### import paho.mqtt.client as mq

##### from os import path

#### تعريف المتغيرات العامة

##### data_file: مسار ملف JSON.

##### data_file_objects: قائمة كائنات من ملف JSON.

##### CLIENT_ID: معرف العميل.

##### MQTT_BROKER: عنوان الوسيط.

##### TOPIC: موضوع الاشتراك.

##### PORT: منفذ الاتصال.

##### FLAG_CONNECTED: علم حالة الاتصال.

##### messages_stack: مصفوفة الرسائل لكل حاوية.

##### reports: مصفوفة كائنات التقارير.

#### تعريف دالة on_connect

##### الوظيفة: معالجة حدث الاتصال.

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

#### تعريف دالة on_message

##### الوظيفة: معالجة الرسائل الواردة.

##### العملية: فك تشفير حمولة الرسالة وإلحاقها بـ messages_stack.

فك تشفير الرسائل وإنشاء التقارير (صفحة 299)

خطوات معالجة الرسالة في دالة on_message

#### فك تشفير الحمولة: `payload = str(msg.payload.decode())`

#### تحويل إلى كائن JSON: `payload_object = json.loads(payload)`

#### تخزين الرسالة: `messages_stack.append(payload_object)`

#### طباعة تأكيد الاستلام في Terminal.

#### التحقق من علم الامتلاء:

##### إذا كان `payload_object["can_filled"] == True`: استدعاء `generate_report()`

بداية دالة generate_report()

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

#### استخراج الرسالة الأولى والأخيرة من `messages_stack`

#### تحويل الطابع الزمني من نص إلى كائن `datetime`:

##### `first_timestamp = datetime.strptime(first_msg["timestamp"], "%H:%M:%S")`

##### `last_timestamp = datetime.strptime(last_msg["timestamp"], "%H:%M:%S")`

#### حساب وقت الامتلاء:

##### `time_delta = last_timestamp - first_timestamp`

```

نقاط مهمة

• يتم فك تشفير كل رسالة واردة وتحويلها إلى كائن JSON قبل تخزينها في `messages_stack`.
• يتم طباعة تأكيد استلام كل رسالة في Terminal لعرض المحتوى.
• يتم تشغيل دالة `generate_report()` تلقائياً فقط عند استلام رسالة تحتوي على `"can_filled": True`.
• تبدأ دالة التقرير باستخراج أول وآخر رسالة من المكدس لاستخدامها في حساب وقت الامتلاء.

# Decode the message payload payload = str(msg.payload.decode()) # Convert the payload to a JSON object and append it # to the messages stack payload_object = json.loads(payload) messages_stack.append(payload_object) # When you receive a message, print it to the terminal print("|----- MESSAGE RECEIVED ----|\n") print("Payload: " + str(payload_object)) # If the payload object has the can_filled flag set to True # generate a report for the filled can if payload_object["can_filled"] == True: generate_report() def generate_report(): global data_file_objects # Access data_file_objects variable global messages_stack # Access messages_stack variable global reports # Access reports variable # Getting the first and last objects from the messages stack first_msg = messages_stack[0] last_msg = messages_stack[len(messages_stack) - 1] # Converting the string datetimes to datetime objects first_timestamp = datetime.strptime(first_msg["timestamp"], "%H:%M:%S") last_timestamp = datetime.strptime(last_msg["timestamp"], "%H:%M:%S") garbage_drops = last_msg["garbage_drops"] # Calculating the time_to_fill by comparing the timestamps # of the first and last fillings time_delta = last_timestamp - first_timestamp

# Decode the message payload payload = str(msg.payload.decode()) # Convert the payload to a JSON object and append it # to the messages stack payload_object = json.loads(payload) messages_stack.append(payload_object) # When you receive a message, print it to the terminal print("|----- MESSAGE RECEIVED ----|\n") print("Payload: " + str(payload_object)) # If the payload object has the can_filled flag set to True # generate a report for the filled can if payload_object["can_filled"] == True: generate_report() def generate_report(): global data_file_objects # Access data_file_objects variable global messages_stack # Access messages_stack variable global reports # Access reports variable # Getting the first and last objects from the messages stack first_msg = messages_stack[0] last_msg = messages_stack[len(messages_stack) - 1] # Converting the string datetimes to datetime objects first_timestamp = datetime.strptime(first_msg["timestamp"], "%H:%M:%S") last_timestamp = datetime.strptime(last_msg["timestamp"], "%H:%M:%S") garbage_drops = last_msg["garbage_drops"] # Calculating the time_to_fill by comparing the timestamps # of the first and last fillings time_delta = last_timestamp - first_timestamp