Progetta il tuo dispositivo IoT

Nel laboratorio 3 il sensore era già pronto: lo avete solo collegato. Oggi invertiamo le parti: il dispositivo lo progettate voi. Decidete che cosa misura, quali dati manda, quando deve scattare l'allarme e quale comando può ricevere.

Per capire come si fa, partiamo da un esempio completo: una cisterna d'acqua che si svuota e avvisa quando sta per finire.

Il kit della lezione

• lab5-04-dispositivo.zipIl modello: una cisterna d'acqua simulata che si svuota e si può riempire dalla dashboard. Con la scheda da consegnare

File	A cosa serve
cisterna_tb.py	il modello: la cisterna simulata
SCHEDA-CONSEGNA.txt	la scheda da compilare e consegnare con il vostro progetto
requirements.txt	la libreria: paho-mqtt

ThingsBoard si apre come nel laboratorio 3: http://192.168.104.117:8080, con la vostra email e password.

📘 Le schermate di tutti i passaggi (regola di allarme, widget, terminale RPC) sono nella Guida a ThingsBoard, che usa proprio la cisterna come esempio.

Passo 1: far partire la cisterna

1. In ThingsBoard: Entità → Dispositivi → +, nome cisterna, poi Copia token di accesso.
2. In cisterna_tb.py incollate il token nella riga TOKEN (solo quella: SERVER è già giusto).
3. python cisterna_tb.py: deve scrivere Cisterna collegata a ThingsBoard! e poi il livello ogni 3 secondi.

Livello  98 %  (984 litri)
Livello  97 %  (971 litri)
...

In Ultima telemetria compaiono tre dati: litri, livello e pompa.

Come funziona la cisterna

Un dispositivo simulato ha sempre la stessa forma: uno stato (come è fatto adesso), un ciclo che lo fa cambiare e lo manda a ThingsBoard, e — se serve — un comando che arriva da fuori.

           ┌──────────── ogni 3 secondi ────────────┐
           ▼                                        │
   lo stato cambia  ──►  calcolo la misura  ──►  publish su ThingsBoard
   (si consuma acqua,      (litri, livello %,        │
    o la pompa riempie)     pompa sì/no)             │
           ▲                                         ▼
           │                               ThingsBoard: dashboard
   comando "riempi" ◄──── dashboard ◄──── e regola di allarme

Lo stato

CAPACITA = 1000                      # litri quando è piena
CONSUMO = (5, 25)                    # litri usati a ogni giro: tra 5 e 25
PAUSA = 3                            # secondi tra una misura e l'altra

litri = CAPACITA                     # si parte con la cisterna piena
pompa = False                        # True = la pompa sta riempiendo

Le costanti in MAIUSCOLO descrivono il dispositivo: cambiandole, cambia il "carattere" della cisterna (più grande, più veloce a svuotarsi). Le variabili litri e pompa sono lo stato, che cambia nel tempo.

Il ciclo

while True:
    if pompa:
        litri = litri + 80                         # la pompa riempie 80 litri a giro
        if litri >= CAPACITA:
            litri = CAPACITA
            pompa = False                          # piena: la pompa si spegne da sola
    else:
        litri = litri - random.randint(*CONSUMO)   # qualcuno usa l'acqua
    litri = max(0, litri)                          # non si va sotto zero

    livello = round(litri / CAPACITA * 100)        # in percentuale
    misura = {"litri": litri, "livello": livello, "pompa": pompa}
    client.publish(TOPIC, json.dumps(misura), qos=1)
    time.sleep(PAUSA)

• random.randint(*CONSUMO) sceglie un numero tra 5 e 25: l'asterisco "apre" la coppia (5, 25) nei due valori.
• max(0, litri) impedisce i litri negativi: un dispositivo simulato deve restare realistico.
• Il livello in percentuale è comodo per la dashboard e per l'allarme: "sotto il 20 %" vale per qualsiasi cisterna.

Il comando

def comando(client, userdata, msg):
    global pompa
    richiesta = json.loads(msg.payload)          # es. {"method": "riempi", "params": {}}
    numero = msg.topic.split("/")[-1]            # il numero della richiesta
    if richiesta.get("method") == "riempi":
        pompa = True
        risposta = {"pompa": "accesa"}
    else:
        risposta = {"errore": "comando sconosciuto"}
    client.publish(f"v1/devices/me/rpc/response/{numero}", json.dumps(risposta))

È la ventola del laboratorio 3, con un altro nome. global pompa serve perché la funzione cambia una variabile che sta fuori da lei.

Chi decide l'allarme? Non lo script: ThingsBoard, con una regola. È una scelta voluta: la soglia si cambia in un attimo dall'interfaccia, senza toccare il dispositivo (che nella realtà potrebbe stare su un tetto).

Passo 2: l'allarme

Sul dispositivo cisterna: Regole allarme → + → Crea nuova regola allarme.

Campo	Valore
Tipo di allarme	Cisterna quasi vuota
Gravità	Avviso
Condizione	livello minore di 20
Condizione di cancellazione	livello maggiore di 20 (l'allarme si chiude da solo quando la cisterna viene riempita)

Aspettate qualche minuto: quando il livello scende sotto il 20 %, l'allarme compare nel menu Allarmi.

Passo 3: la dashboard

Dashboard → + → Crea nuova dashboard, poi Aggiungi nuovo widget:

Widget	Raccolta	Chiave
un serbatoio che si svuota	Liquid level	livello
la tabella degli allarmi	Alarm widgets → Alarms table	—
il terminale dei comandi	Control widgets → RPC debug terminal	—

Nel terminale scrivete riempi e premete Invio: la risposta {"pompa": "accesa"} compare sotto, il livello risale e l'allarme si chiude.

Il vostro dispositivo

Scegliete uno di questi scenari (o inventatene uno, chiedendo al docente):

Dispositivo	Cosa manda	Allarme	Comando
Serra	temperatura, umidità del terreno	terreno sotto il 30 %	irriga
Frigorifero di una farmacia	temperatura interna, porta aperta/chiusa	temperatura sopra 8 °C	chiudi
Parcheggio	posti liberi	posti liberi = 0	apri (si libera un posto)
Cassonetto smart	riempimento %	sopra il 90 %	svuotato
Pannello solare	potenza prodotta, batteria %	batteria sotto il 10 %	risparmio
Aula	numero di persone, CO₂	CO₂ sopra 1000 ppm	apri finestre

Prima di scrivere codice, rispondete a tre domande (sono anche nella scheda di consegna):

1. Che cosa cambia nel tempo? Quello è lo stato (nella cisterna: i litri).
2. Come cambia da solo? Quella è la riga nel ciclo (nella cisterna: si consuma acqua).
3. Che cosa fa il comando? Quello è il ramo if nella funzione comando.

Se qualcosa non va

Problema	Causa	Soluzione
Prima incollate in TOKEN…	il token non c'è	Passo 1
Not authorized	token sbagliato	ricopiatelo con Copia token di accesso
Il widget mostra N/A	il widget legge una chiave che il dispositivo non manda	modificate il widget e scegliete la chiave giusta dall'elenco
L'allarme non scatta mai	la soglia non viene mai raggiunta, o la chiave è scritta diversa	controllate in Ultima telemetria il nome esatto della chiave e i valori
Il comando non fa niente	nello script il nome del comando è diverso da quello scritto nel terminale	stesso nome, stesse maiuscole e minuscole
NameError dentro comando	manca global	global nome_variabile all'inizio della funzione

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