Главная → Академия → COURSE-16: Основы Интернета Вещей и практическое применение → Интеграция с внешними системами по MQTT: управление по погодным данным

Интеграция с внешними системами по MQTT: управление по погодным данным

Урок 5 · COURSE-16: Основы Интернета Вещей и практическое применение · theory

Вот доработанная версия урока, соответствующая стандартам Академии HI.

COURSE-16-M02-LAB02 — Интеграция с внешними системами по MQTT: управление по погодным данным

1. Цель лабораторной работы

Данная лабораторная работа развивает навыки, полученные в предыдущих модулях, и знакомит инженера с реальной задачей интеграции. Вместо эмуляции данных, мы будем получать, обрабатывать и реагировать на информацию из внешней системы по протоколу MQTT. По завершении этого задания инженер сможет подключаться к MQTT-брокерам, обрабатывать входящие JSON-сообщения, применять условную логику для принятия решений и управлять состоянием системы.

Ключевые навыки:

2. Сценарий

Вы — инженер по автоматизации, которому поручено реализовать базовую климатическую систему для небольшой оранжереи на объекте. Основная задача — автоматически включать систему подогрева грунта, если температура наружного воздуха, получаемая от внешней метеостанции, опускается ниже +10°C.

Данные от метеостанции публикуются на общедоступный MQTT-брокер. Ваша задача — создать в среде Node-RED на контроллере HI поток, который:

  • Подписывается на топик с погодными данными.
  • Извлекает (парсит) из входящего JSON-сообщения значение температуры.
  • Сравнивает температуру с пороговым значением (+10°C).
  • Включает или выключает "виртуальное реле" подогрева и четко отображает его текущее состояние в редакторе Node-RED.

    • 3. Необходимое оборудование и ПО

    4. Пошаговое выполнение

    Шаг 1: Создание потока и подписка на MQTT-топик

  • Откройте редактор Node-RED. Создайте новый поток (flow) и переименуйте его в `M02-LAB02-Climate-Control`.
  • Из палитры узлов перетащите на рабочую область узел `mqtt in`.
  • Дважды кликните по узлу `mqtt in` для его настройки:

    • * Server: Нажмите на иконку карандаша для добавления нового брокера.

    * Name: `HiveMQ Public Broker`

    * Server: `broker.hivemq.com`

    * Port: `1883`

    * Остальные настройки оставьте по умолчанию. Нажмите `Add`.

    * Topic: Укажите топик, на который мы будем подписываться: `hi-academy/weather/station-01`.

    💡 Примечание: Это специальный учебный топик, в который периодически отправляются данные в нужном нам формате.

    * QoS: `0`

    * Output: `a parsed JSON object`. Это позволит Node-RED автоматически попытаться преобразовать входящую строку в JSON.

    * Name: `Погода: Внешняя станция`

    * Нажмите `Done`.

    Шаг 2: Анализ и отладка входящих данных

    Прежде чем строить логику, нужно убедиться, что мы получаем данные и понять их структуру.

  • Перетащите узел `debug` на рабочую область.
  • Соедините выход узла `mqtt in` со входом узла `debug`.
  • Нажмите `Deploy`.
  • Перейдите на вкладку отладки (иконка жука справа). В течение 1-2 минут вы должны увидеть входящие сообщения. Они будут иметь следующую структуру (это наш "входящий контракт сообщения"):
    • {

      "location": "Moscow",
    

      "temperature": 12.5,
    

      "humidity": 78,
    

      "pressure": 1012,
    

      "ts": 1678886400000
    

    }

    ⚠️ Важно: Если сообщения не приходят, проверьте подключение контроллера к интернету и правильность настроек MQTT-брокера.

    Шаг 3: Реализация логики управления (узел Switch)

    Теперь, когда мы получаем данные, нужно реализовать логику принятия решений.

  • Удалите связь между `mqtt in` и `debug`.
  • Перетащите узел `switch` из палитры и разместите его после узла `mqtt in`.
  • Дважды кликните по узлу `switch` для настройки:

    • * Name: `Температура < 10°C?`

    * Property: `msg.payload.temperature` (указываем путь к значению температуры внутри объекта).

    * Правило 1: `is less than` (`<`) -> `number` -> `10`.

    * Правило 2: `otherwise` (`иначе`).

    * Нажмите `Done`.

    Теперь узел `switch` имеет два выхода:

    Шаг 4: Эмуляция исполнительного устройства (виртуальное реле)

    Мы создадим узел, который будет имитировать работу реле и наглядно показывать свое состояние.

  • Перетащите два узла `function` на рабочую область.
  • Подключите верхний выход (1) узла `switch` к первому узлу `function`.
  • Подключите нижний выход (2) узла `switch` ко второму узлу `function`.
  • Настройте первый узел `function` (Включить подогрев):

    • * Name: `ВКЛ: Подогрев`

    * Код на вкладке `On Message`:

        // Паттерн "Визуальный статус"
    

        node.status({fill:"green", shape:"dot", text:"ВКЛЮЧЕНО"});
    


        // Формируем сообщение для аудита/логирования
    

        msg.payload = {
    

            action: "SET_HEATING",
    

            state: "ON",
    

            reason: "Temperature below threshold",
    

            triggerValue: msg.payload.temperature, // Сохраняем исходное значение
    

            ts: Date.now()
    

        };
    


        // ID сценария для логирования
    

        msg.topic = "SCN-CLIMATE-001";
    


        return msg;

  • Настройте второй узел `function` (Выключить подогрев):

    • * Name: `ВЫКЛ: Подогрев`

    * Код на вкладке `On Message`:

        // Паттерн "Визуальный статус"
    

        node.status({fill:"red", shape:"ring", text:"ВЫКЛЮЧЕНО"});
    


        // Формируем сообщение для аудита/логирования
    

        msg.payload = {
    

            action: "SET_HEATING",
    

            state: "OFF",
    

            reason: "Temperature is normal",
    

            triggerValue: msg.payload.temperature,
    

            ts: Date.now()
    

        };
    


        // ID сценария для логирования
    

        msg.topic = "SCN-CLIMATE-001";
    


        return msg;

  • Подключите выходы обоих узлов `function` к одному узлу `debug`, чтобы видеть результат работы логики.
  • Нажмите `Deploy`.

    • Теперь под узлами `ВКЛ: Подогрев` и `ВЫКЛ: Подогрев` будет отображаться их последнее состояние, имитируя работу реального реле.

    5. Схема итогового потока (Flow Diagram)

    FLOW-INTEG-MQTT-008: Greenhouse Heating Control


                                   +--------------------------+
    

    [mqtt in: hi-academy/...] ---> | switch: temp < 10°C?     |
    

                                   +--------------------------+
    

                                      | (1)              | (2)
    

                                      | temp < 10        | otherwise
    

                                      v                  v
    

                          +------------------+   +-------------------+
    

                          | function: ВКЛ    |   | function: ВЫКЛ    |
    

                          | node.status(ON)  |   | node.status(OFF)  |
    

                          +------------------+   +-------------------+
    

                                      |                  |
    

                                      +--------+---------+
    

                                               |
    

                                               v
    

                                         +-------------+
    

                                         | debug: Log  |
    

                                         +-------------+

    6. Проверка и тестирование

    Чтобы не ждать реальных данных, можно протестировать логику с помощью узла `Inject`.

  • Добавьте на холст два узла `Inject`.
  • Настройте первый `Inject` (Тест: Холодно):

    • * Payload: `JSON`

    * Значение: `{"temperature": 5.5}`

    * Name: `Тест: t = 5.5°C`

  • Настройте второй `Inject` (Тест: Тепло):

    • * Payload: `JSON`

    * Значение: `{"temperature": 15.2}`

    * Name: `Тест: t = 15.2°C`

  • Подключите выходы обоих узлов `Inject` ко входу узла `switch`.
  • Нажмите `Deploy`.
    • 📋 Тест-план:
  • Нажмите на узел `Тест: t = 5.5°C`.

    • * Ожидаемый результат: Под узлом `ВКЛ: Подогрев` появился статус `ВКЛЮЧЕНО`. В окне отладки появилось сообщение с `state: "ON"`.

  • Нажмите на узел `Тест: t = 15.2°C`.

    • * Ожидаемый результат: Под узлом `ВЫКЛ: Подогрев` появился статус `ВЫКЛЮЧЕНО`. В окне отладки появилось сообщение с `state: "OFF"`.

    7. Усложнения и дополнительные задания (для самостоятельной работы)

    8. Рубрика оценивания (10 баллов)

    9. Мини-runbook «Если не работает»

    * Решение 1: Проверьте, что контроллер имеет доступ в Интернет. Попробуйте `ping broker.hivemq.com` из терминала контроллера.

    * Решение 2: Проверьте правильность адреса брокера (`broker.hivemq.com`), порта (`1883`) и имени топика (`hi-academy/weather/station-01`). Убедитесь в отсутствии опечаток.

    * Решение 3: Узел `mqtt in` может показывать статус "connecting" или "disconnected". Наведите на него курсор, чтобы увидеть причину.

    * Решение: Убедитесь, что в узле `switch` вы указали правильный путь к свойству: `msg.payload.temperature`. Проверьте в `debug`, что после `mqtt in` приходит объект, и в нем действительно есть поле `temperature`. Если `mqtt in` выдает строку, добавьте после него узел `json` для принудительного парсинга. * Решение: Убедитесь, что в узле `Inject` выбран тип `JSON`, а не `string`. Если вы отправляете строку, узел `switch` не сможет найти в ней свойство `temperature`.