IOT

Uređaji Raspberry PI 4 (posrednici) sadrže Rust program koji kontinuirano čita mjerenja s mjerača, grupira ih svakim određenim intervalom i šalje ih na cloud server.

Rust program se pokreće putem Systemd servisa koji radi na NixOS-u. Servis je konfiguriran da se pokrene pri pokretanju sustava i ponovno pokrene u slučaju neuspjeha. Mjerenja se pohranjuju u lokalno instaliranu Postgresql bazu podataka s TimescaleDB ekstenzijom.

Pidgeon

Pidgeon je aplikacija bazirana na Raspberry Pi-u dizajnirana za prikupljanje i upravljanje podacima o električnom napajanju s različitih lokacija. To je ključna komponenta u mreži za distribuciju električne energije, koja omogućuje prikupljanje i prijenos podataka iz mjernih uređaja.

Ključne značajke

  • Otkriće mjernih uređaja: Pidgeon automatski otkriva mjerne uređaje koje prepoznaje na mreži lokacije.
  • Provjere stanja: Redoviti pingovi i provjere stanja osiguravaju ispravno funkcioniranje mjernih uređaja i samog Pidgeona.
  • Prikupljanje podataka: Pozadinski procesi započinju uzimanje električnih mjerenja visoke frekvencije kako bi osigurali točne i aktualne podatke.
  • Lokalno pohranjivanje: Mjerenja se pohranjuju u lokalno instaliranu PostgreSQL bazu podataka, koja služi kao buffer prije slanja podataka na poslužitelj.
  • Komunikacija s poslužiteljem: Pidgeon šalje mjerenja na poslužitelj i provjerava ima li ikakvih izmjena u konfiguraciji na poslužitelju.
  • Postavljanje tarifa: Pidgeon je također odgovoran za postavljanje dnevnih i noćnih tarifa mjernih uređaja.

Optimiziranjem frekvencije mjerenja, Pidgeon osigurava najtočnije i najnovije podatke. Ovi podaci su ključni za generiranje točnih informacija o naplati i pružanje vrijednih podataka za istraživanje i analizu.

Arhitektura

Arhitektura Pidgeona dizajnirana je za učinkovito prikupljanje i upravljanje podacima o električnom napajanju. Dijagram ispod pruža vizualni prikaz arhitekture sustava.

U kontekstu jedne lokacije postoje različiti tipovi brojila, kao što su Abb B2x brojilo i Schneider iEM3xxx brojilo, koji su povezani putem RS-485. Gateway, dostupan putem porta 502, služi kao posrednik za komunikaciju podataka.

Raspberry Pi pokreće Pidgeon aplikaciju, koja je podijeljena na tri glavna paketa: Konfiguracija, Usluge i Procesi.

  • Konfiguracija: Ovaj paket sadrži komponentu Manager, odgovornu za upravljanje konfiguracijom aplikacije.
  • Usluge: Ovaj paket sadrži nekoliko servisnih komponenti:
    • Hardware: Interagira s fizičkim hardverom Raspberry Pi-a.
    • Network: Upravljanje mrežnim komunikacijama.
    • Modbus: Upravljanje Modbus protokolom za komunikaciju s mjeriteljima.
    • Database: Upravljanje lokalnom PostgreSQL bazom podataka.
    • Cloud: Upravljanje komunikacijom s cloud serverom.
  • Procesi: Ovaj paket sadrži različite procese koje Pidgeon pokreće:
    • Discovery: Otkriva brojila na mreži.
    • Ping: Redovito provjerava stanje brojila.
    • Measure: Preuzima električna mjerenja s brojila.
    • Health: Provjerava stanje Pidgeona i pohranjuje ga u lokalnu bazu podataka.
    • Push: Šalje mjerenja na cloud server.
    • Poll: Provjerava cloud server za ažuriranja konfiguracije.
    • Update: Ažurira server o stanju brojila i Raspberry PI-a.
    • Daily: Postavlja dnevnu tarifu brojila.
    • Nightly: Postavlja noćnu tarifu brojila.

Dijagram za vizualni prikaz ovih komponenti i njihovih interakcija:

Okruženje

Što se tiče razvojnog okruženja potrebno je opisati razvojne ovisnosti i razvojni proces. Ove ovisnosti su potrebne za izvršavanje naredbi definiranih u justfile koji opisuje razvojni proces pobliže.

Ovisnosti

  • Rust: Projekt koristi Rust, a naredba cargo se koristi za izgradnju, testiranje i pokretanje Rust koda. Također se koristi za generiranje dokumentacije i formatiranje Rust koda.
  • Docker: Docker se koristi za upravljanje uslugama o kojima aplikacija ovisi. Naredba docker compose up -d se koristi za pokretanje tih usluga, a docker compose down -v se koristi za njihovo zaustavljanje.

Opcionalni ovisnosti

Sljedeći alati su opcionalni za neke razvojne procese, ali se preporučuju za razvoj:

Probe

  • Python: Python se koristi za probe skriptu. Trebate imati instaliran Python kako biste pokrenuli ovu skriptu.
  • Poetry: Poetry se koristi za upravljanje Python ovisnostima.

Formatiranje

  • Yapf: Yapf se koristi za formatiranje Python koda u projektu.
  • Prettier: Prettier se koristi za formatiranje i provjeru formata koda u projektu.
  • shfmt: shfmt se koristi za formatiranje shell skripti u projektu.

Provjera koda

  • ShellCheck: ShellCheck se koristi za provjeru shell skripti.
  • cspell: cspell se koristi za provjeru pravopisa u projektu.
  • Ruff: Ruff se koristi za provjeru Rust koda u projektu.
  • Clippy: Clippy je Rust linter koji se koristi u projektu.
  • Pyright: Pyright se koristi za provjeru tipova Python koda.

Dokumentacija

  • mdbook: mdbook se koristi za izradu dokumentacije u docs direktoriju.

Razvojni proces

Razvojni proces upravlja se pomoću just, upravitelja naredbama sličnog make. justfile definira različite naredbe za izgradnju, testiranje, pokretanje i upravljanje projektom.

Evo koraka za postavljanje razvojnog okruženja i korištenje just:

  1. Instalirajte ovisnosti: Instalirajte sve potrebne alate navedene u ovom poglavlju.

  2. Pripremite okruženje: Pokrenite just prepare za instalaciju Python ovisnosti, pokretanje Docker usluga i pokretanje migracija baze podataka.

  3. Pokrenite aplikaciju: Koristite just run za pokretanje aplikacije. Možete proslijediti argumente aplikaciji dodavanjem uz naredbu, poput just run --arg.

  4. Pokrenite Probe skriptu: Koristite just probe za pokretanje probe skripte. Možete proslijediti argumente skripti na isti način kao i za run naredbu.

  5. Formatirajte kod: Koristite just format za formatiranje koda u projektu pomoću raznih formatera.

  6. Provjerite kod: Koristite just lint za provjeru koda u projektu pomoću raznih lint alata.

  7. Testirajte kod: Koristite just test za pokretanje testova za projekt.

  8. Izgradite projekt: Koristite just build za izgradnju projekta. Ovo će stvoriti release build projekta i premjestiti rezultat u artifacts direktorij.

  9. Generirajte dokumentaciju: Koristite just docs za generiranje dokumentacije projekta. Ovo će izgraditi dokumentaciju i premjestiti rezultat u artifacts direktorij.

Zapamtite da pokrenete just prepare svaki put kada povučete nove promjene iz repozitorija kako biste osigurali da je vaše okruženje ažurirano.

Instalacija

Instalacija Pidgeona uključuje nekoliko koraka, od kojih je svaki detaljno opisan na svojoj stranici. Evo pregleda procesa:

  1. Generiranje tajni: Skripta u repozitoriju koristi sops i openssl za generiranje tajni za određeni Raspberry Pi. Ovaj korak je ključan za osiguravanje komunikacije između uređaja i poslužitelja.

  2. Kreiranje ISO slike: Druga skripta u repozitoriju koristi nix build za kreiranje ISO slike za uređaj. Ova slika sadrži Pidgeon aplikaciju i sve njene ovisnosti.

  3. Umetanje tajnog ključa: Tajni ključ generiran u koraku 1 umeće se u sliku pomoću skripte u repozitoriju. Tajni ključ se koristi za dešifriranje tajni generiranih u koraku 1 tijekom pokretanja.

  4. Sastavljanje uređaja: ISO slika se zapisuje na 1TB SSD. SSD se zatim priključuje u USB port Raspberry Pi-a, a USB-C kabel za napajanje se priključuje.