Ovladač systému REXYGEN pro MQTT
(modul MQTTDrv)
Uživatelská příručka

REX Controls s.r.o.

Verze 2.50.11
Plzeň
19.1.2022

Obsah

Kapitola 1
MQTTDrv modul systému REXYGEN

1.1 Úvod

V tomto manuálu je popsán MQTTDrv ovladač pro komunikaci přes protokol MQTT v rámci systému REXYGEN. Ovladač byl vyvinut společností REX Controls.

MQTT je jednoduchý protokol pro výměnu zpráv určený pro malé senzory a mobilní zařízení s důrazem kladeným na optimalizaci pro komunikaci po nespolehlivých sítích a sítích s vysokou latencí. Typická architektura sítě založené na MQTT komunikaci se skládá z jediné stanice typu Broker, jednoho či více zařízení, která produkují zprávy a tedy zastávají úlohu zařízení typu Publisher, a jednoho či více zařízení, která zprávy konzumují a tím pádem fungují jako zařízení typu Subscriber. Viz obr. 1.1.

Zprávy komunikované přes MQTT protokol jsou organizované do tématických celků – topics. Každá zpráva má topic definovaný při odeslání. Broker sbírá všechny zprávy ze sítě a přeposílá je dál zařízením, která si o zasílání zpráv z daného topic zažádala. Více informací naleznete ve specifikaci MQTT protokolu [1] (pouze anglicky).

Z pohledu MQTT protokolu může REXYGEN vystupovat v roli Publisher a/nebo v roli Subscriber. REXYGEN nelze použít jako Broker, ale měl by být kompatibilní s jakýmkoliv zařízením typu Broker s podporou MQTT ve verzi 3.1.1.


PIC


Obrázek 1.1: Příklad architektury založené na MQTT protokolu

1.2 Instalace ovladače na cílovém zařízení

1.2.1 Zařízení s operačním systémem Windows

Část ovladače pro cílové zařízení, která slouží pro běh MQTTDrvna  Windows 7/8/10 je součástí instalace vývojových nástrojů systému REXYGEN.

1.2.2 Zařízení s operačním systémem Linux

Pokud na cílovém zařízení nainstalovaný RexCore runtime modul, pak je nutné ho nainstalovat podle kroků popsaných v návodu Začínáme s řídicím systémem REXYGEN [2] Instalace obsahuje všechny dostupné ovladače včetně MQTTDrv.

Pro instalaci ovladače odděleně může být z terminálu použit příkaz
sudo apt-get install rex-mqttdrvt

Kapitola 2
Zavedení ovladače do projektu

Ovladač je zaveden do projektu v momentě, kdy je ovladač přidán do hlavního souboru a vstupy a výstupy jsou zapojeny do řídicího algoritmu.

2.1 Přidání MQTTDrv ovladače

Hlavní soubor projektu se zavedeným ovladačem je zobrazen na obrázku 2.1.


PIC


Obrázek 2.1: Příklad hlavního souboru projektu se zavedeným MQTTDrv ovladačem

Pro zavedení ovladače musí být do hlavního souboru bloku přidány 2 bloky. První z bloků je typu MODULE a musí být napojen na výstup Modules bloku EXEC. Blok musí být přejmenován na MQTTDrv.

Druhým z bloků je typu IODRV a musí být napojen na výstup Drivers bloku EXEC v hlavním souboru projektu. Jméno tohoto bloku (MQTT, viz obr. 2.1) musí být zároveň prefixem všech vstupních a výstupních signálů, které ovladač poskytuje.

Mezi nejvýznamnější parametry bloku IODRV patří:

  • module – jméno modulu, na který je ovladač napojen, v tomto případě MQTTDrv – je nutné dodržovat velikosti písmen!
  • classname – třída ovladače, v tomto případě MQTTDrv
  • cfgname – jméno konfiguračního souboru, např. mqtt_cfg.rio
  • factor – násobek parametru tick bloku EXEC definující periodu spouštění ovladače

Výše zmíněné parametry bloku IODRV jsou konfigurovány v REXYGEN Studio programu. Konfigurační dialog je také zobrazen na obrázku 2.1.

Tlačítko Configure otevírá konfigurační dialog MQTTDrv ovladače, který je popsán v kapitole 2.2.

2.2 Konfigurační dialog MQTTDrv ovladače

Konfigurační dialog se zobrazí z REXYGEN Studio kliknutím na tlačítko Configure v parametrickém dialogu bloku IODRV (přejmenovaného na MQTT, viz kapitola 2.1)


PIC


Obrázek 2.2: Konfigurace MQTT připojení


PIC


Obrázek 2.3: Konfigurace poslední vůle (MQTT Will)

Záložka Connection zobrazená na obr. 2.2 obsahuje konfiguraci připojení k externímu MQTT Broker zařízení. Příklady ze skupiny MQTT dodávané s instalací používají veřejně dostupná zařízení typu Broker. Parametr Client id by měl být unikátní pro každé zařízení připojené k danému zařízení typu Broker.

Parametry Username a Password nejsou povinné a měli by být použité pouze v případě, že zařízení typu Broker vyžaduje autentizaci. Další možnost, jak nastavit parametry Username a Password, je použít patřičné vstupy ovladače (viz kapitola 3).

Parametr Ping period určuje, jak často má ovladač odesílat zprávu typu ping pro udržení stálé komunikace. V průběhu procesu připojování musí klient zařízení typu Broker určit parametr keep-alive. Pokud zařízení typu Broker po čas daný tímto parametrem nepřijme od klienta žádnou zprávu, pak by Broker měl končit spojení a považovat klienta za odpojeného ze sítě. Ve výchozím nastavení je tato hodnota určena jako trojnásobek hodnoty parametru Ping period. Pokud je hodnota parametru nastavena na 0, pak nejsou posílány žádné zprávy typu ping a keep-alive mechanismus není využívaný.

Poslední parametr Reconnection timeout nastavuje periodu, za kterou se ovladač pokusí obnovit připojení po ztrátě spojení se zařízením typu Broker. Nastavení hodnoty na 0 znamená, že ovladač se pokusí navázat spojení, jakmile je to možné.

Sekce Will zobrazená na obr. 2.3 obsahuje nastavení odeslání zprávy poslední vůle v případě ztráty spojení s klientem. Více informací naleznete ve specifikaci MQTT protokolu [1] (pouze anglicky).

Kapitola 3
Zapojení vstupů a výstupů a použití funkčních bloků ovladače v řídicím algoritmu

Vstupy a výstupy ovladače musí být zapojeny uvnitř schémat konkrétních úloh konfigurace (v .mdl souborech). Samostatné úlohy (bloky QTASK or TASK) jsou napojeny na výstupy QTask, Level0,…, Level3 hlavního bloku EXEC.

3.1 Signály přímých vstupů a výstupů ovladače

Použití vstupů a výstupů ovladače MQTTDrv je znázorněno na obr. 3.1.


PIC


Obrázek 3.1: Ukázka použití vstupních a výstupních vlajek MQTTDrv ovladače

První blok typu From umožňující uživateli číst informaci o stavu spojení má Goto tag nastavený na MQTT__ConnectionStatus. Bloky typu Goto umožňující uživateli nastavit ClientId, Username a Password mají Goto tag nastavený na MQTT__ConfigClientId, MQTT__ConfigUserName and MQTT__ConfigPassword. Bloky vždy musí mít jméno ovladače (doporučená hodnota je MQTT) jako prefix následovaný dvěma _ (podtržítko) znaky na začátku tagu.

Všechny vstupní a výstupní vlajky MQTTDrv ovladače jsou dostupné v příkladu 0407-00, který je součástí instalace vývojových nástrojů REXYGEN. Nejaktuálnější verze příkladů je dostupná na adrese https://github.com/rexcontrols/REXexamples/archive/v2.50.zip.

3.2 Funkční bloky ovladače

Ovladač sám o sobě se stará o udržování spojení se zařízením typu Broker a o komunikaci přes socket. Pro odeslání zpráv přes MQTT protokol je nutné použít funkční blok MqttPublish. Pro přijímání zpráv slouží blok MqttSubscribe. Použití bloků MQTTDrv ovladače demonstruje obr. 3.1. Bloky vždy musí mít jméno ovladače (doporučená hodnota je MQTT) jako prefix následovaný dvěma _ (podtržítko) znaky na začátku tagu. Pro více informací o blocích MqttPublish a MqttSubscribe lze nahlédnout do referenční příručky funkčních bloků [3].

Kapitola 4
Příklady

Pro snadný start s MQTT protokolem lze využít následující příklady jako referenci a jejich modifikováním lze dosáhnout cíleného chování dané aplikace.

  • 0407-01 MQTT/MQTT Data Exchange – Příklad demonstruje komunikaci mezi zařízeními typu Publisher a Subscriber kdy oba jsou implementovány v systému REXYGEN.
  • 0302-09 IoT Integrations/ThingSpeak MQTT API – Příklad demonstruje komunikaci mezi systémem REXYGEN a platformou ThingSpeak IoT. REXYGEN může zastávat roli zařízení typu Publisher a/nebo Subscriber.

Kapitola 5
Odstranění problémů

V případě, že diagnostické nástroje systému REXYGEN (např. REXYGEN Diagnostics) reportují neočekávané či chybové hodnoty vstupů a výstupů, je vhodné vyzkoušet požadovanou funkcionality mimo systéme REXYGEN. Existuje velké množství volně dostupných softwarových nástrojů, které mohou být použity pro monitorování a simulaci MQTT komunikace, jako například mqtt-spy. Je také vhodné zkontrolovat konfiguraci ovladače – mezi nejčastější problémy patří:

  • Chybné nastavení připojení k zařízení typu Broker
  • Chybné nastavení parametrů topic

V případě, že dané vstupy a výstupy fungují v kombinaci s jinými softwarovými prostředky a nefungují v kombinaci se systémem REXYGEN, prosím, reportujte nám tento problém. Preferovaný způsob je zasláním e-mailu na adresu support@rexygen.com. Připojte prosím tyto informace v popisu problému, abychom byli schopni problém vyřešit co nejdříve:

  • Identifikace systému REXYGEN, který je používán. Stačí jednoduše provést export z programu REXYGEN Studio volbou v menu Target  Licensing...  Export.
  • Krátký a výstižný popis problému.
  • Konfigurační soubory systému REXYGEN (.mdl and .rio soubory) redukované na svou nejjednodušší podobu, která stále demonstruje problematické chování.

Literatura

[1]   OASIS. MQTT Version 3.1.1, 2014.

[2]   REX Controls s.r.o.. Začínáme s řídicím systémem REXYGEN, 2020. .

[3]   REX Controls s.r.o.. Funkční bloky systému REXYGEN – Referenční příručka, 2020. .


Referenční číslo dokumentace: 13771

2022 © REX Controls s.r.o., www.rexygen.com