La piattaforma IoT ThingsBoard

Nel laboratorio 2 abbiamo costruito un impianto IoT "fatto in casa": il nostro broker, la nostra dashboard. Funziona, ma le aziende usano piattaforme IoT già pronte, che in più salvano tutte le misure in un database, fanno dashboard con pochi clic, mandano allarmi e gestiscono utenti e permessi.

Oggi usiamo una delle più diffuse, ThingsBoard. Gira su ServerLab, il server della scuola: voi non installate niente, vi servono solo Python e il browser.

Il kit della lezione

• lab5-03-thingsboard.zipIl sensore simulato che manda le misure a ThingsBoard con MQTT, e la versione HTTP da usare se la porta di MQTT è bloccata

File	A cosa serve
sensore_tb.py	il sensore: manda temperatura, umidità e CO₂ a ThingsBoard con MQTT
sensore_tb_http.py	lo stesso sensore, ma con HTTP (se il docente vi dice che la porta 1883 è chiusa)
requirements.txt	le librerie: paho-mqtt e requests

La prima volta: pip install -r requirements.txt.

ThingsBoard si apre nel browser all'indirizzo http://192.168.104.117:8080 (solo dalla rete della scuola). Il docente vi dà la vostra email e la vostra password.

Cosa cambia rispetto al laboratorio 2

  LABORATORIO 2                                LABORATORIO 3
  sensore.py ──► broker.py ──► app.py          sensore_tb.py ──► ┌─────────── ThingsBoard ───────────┐
             (nostro)     (nostra dashboard)                     │ broker MQTT · database · dashboard │
                                                                 │ allarmi · utenti                   │
                                                                 └────────────────────────────────────┘
                                                                                  ▲
                                                                           browser (voi)

Dentro ThingsBoard c'è un broker MQTT, proprio come il nostro broker.py. Il sensore funziona allo stesso modo: si collega e pubblica JSON. Cambiano solo tre cose: l'indirizzo del server, un token e il topic, che è fisso.

Passo 1: entrare e creare il dispositivo

1. Aprite nel browser http://192.168.104.117:8080 ed entrate con la vostra email e password. Avete uno spazio tutto vostro: i compagni non vedono i vostri dispositivi e voi non vedete i loro.
2. Nel menu a sinistra: Entità → Dispositivi.
3. Pulsante + in alto a destra → Aggiungi nuovo dispositivo. Nome: sensore-aula. Poi Aggiungi.

Se il docente ha già creato il dispositivo per voi, sensore-aula è già nell'elenco: saltate il punto 3.

Passo 2: il token

ThingsBoard deve sapere quale dispositivo sta mandando i dati. Ogni dispositivo ha un token: una specie di password, una ventina di lettere e numeri a caso.

1. Cliccate sul dispositivo sensore-aula: si apre il pannello dei dettagli.
2. Pulsante Copia token di accesso.
3. Nel kit aprite sensore_tb.py e cambiate una sola riga, quella del token:

SERVER = "192.168.104.117"           # ThingsBoard su ServerLab: già giusto, non cambiatelo
TOKEN = "INCOLLA-QUI-IL-TOKEN"       # il token del VOSTRO dispositivo

Incollate il token tra le virgolette, al posto di INCOLLA-QUI-IL-TOKEN. SERVER è già giusto.

Passo 3: mandare i dati

python sensore_tb.py

Deve comparire Collegato a ThingsBoard! e poi una riga Inviato -> ... ogni 5 secondi. Tornate nel browser, sul dispositivo, scheda Ultima telemetria: le misure arrivano e si aggiornano da sole.

Ecco le righe nuove del codice:

TOPIC = "v1/devices/me/telemetry"    # il topic fisso di ThingsBoard per le misure

client = mqtt.Client(mqtt.CallbackAPIVersion.VERSION2)
client.username_pw_set(TOKEN)        # il token fa da "nome utente"
client.on_connect = collegato
client.connect(SERVER, 1883)
client.loop_start()

• Il topic è sempre v1/devices/me/telemetry, per tutti. me vuol dire "io": è il token a dire a ThingsBoard chi è "io".
• username_pw_set(TOKEN): in MQTT ci si può collegare con nome utente e password. ThingsBoard usa il token come nome utente, e la password non serve.
• Il resto è il sensore del laboratorio 2: un dizionario, json.dumps, publish.

def collegato(client, userdata, flags, reason_code, properties):
    if reason_code.is_failure:
        print("ThingsBoard ha rifiutato il collegamento:", reason_code)
        print("-> Controllate di aver copiato bene il TOKEN.")
    else:
        print("Collegato a ThingsBoard!")

Se il token è sbagliato, ThingsBoard rifiuta il collegamento (Not authorized). La callback collegato ce lo dice in chiaro.

E se la porta 1883 è chiusa?

In alcune reti la porta di MQTT è bloccata. ThingsBoard accetta le misure anche con HTTP, cioè con una normale richiesta POST, come nell'API della Bacheca. In sensore_tb_http.py il token sta dentro l'indirizzo:

URL = f"http://{SERVER}:8080/api/v1/{TOKEN}/telemetry"
risposta = requests.post(URL, json=misura, timeout=5)     # 200 = ok, 401 = token sbagliato

Il risultato su ThingsBoard è identico.

	MQTT	HTTP
Collegamento	resta aperto	una richiesta per ogni misura
Dove sta il token	nome utente	nell'indirizzo
Porta	1883	8080
Il server può mandare comandi al sensore?	sì, subito (Missione 5)	solo se il sensore glieli chiede

Telemetria e attributi

ThingsBoard distingue due tipi di dati:

• Telemetria: misure che cambiano nel tempo (temperatura, CO₂). ThingsBoard le salva tutte, con l'ora: si possono disegnare in un grafico.
• Attributi: informazioni "fisse" (in che aula sta il sensore, a che piano). Conta solo l'ultimo valore.

Nella Missione 4 il sensore manda anche i suoi attributi.

Se qualcosa non va

Problema	Causa	Soluzione
Prima incollate in TOKEN…	non avete cambiato TOKEN	Passo 2
Not authorized	token sbagliato o incompleto	ricopiatelo con Copia token di accesso
TimeoutError / ConnectionRefusedError	non siete sulla rete della scuola, oppure la porta 1883 è chiusa	da scuola, usate sensore_tb_http.py; da casa ThingsBoard non è raggiungibile
401 (versione HTTP)	token sbagliato	come sopra
Non collegato: aspetto… sempre	ThingsBoard non raggiungibile	chiedete al docente se il server è acceso
Le misure non compaiono	state guardando un altro dispositivo	il token deve essere quello di sensore-aula

Missioni