Erstellen Sie einen Microservice mit Python

Servomotor-Projekt steckt fest? Versuchen Sie, Microservices mit Python zu erstellen

Stellen Sie sich vor: Sie spielen im Labor mit einem servomotorisch angetriebenen Roboterarm. Sie haben mehrere Versionen des Codes geschrieben, aber jedes Mal, wenn Sie einen Parameter anpassen, gerät das gesamte System ins Wanken. Die Reaktion des Servos scheint immer etwas langsam zu sein und die Daten schwanken zwischen verschiedenen Modulen, was zu einem Durcheinander führt. Sie starren auf den Bildschirm und fragen sich: Können Sie dafür sorgen, dass die Steuerung unabhängig funktioniert, wie bei Legosteinen, und alle kaputten Teile ersetzen?

Nun, das ist eigentlich eine häufige Frage. In der Mitte vieler mechanischer oder automatisierter Projekte werden Sie feststellen, dass es schwierig geworden ist, den ursprünglichen „Blob“ des Codes beizubehalten. Insbesondere wenn Sie die PID-Parameter des Servomotors in Echtzeit anpassen müssen oder der Servosequenz eine neue Aktion hinzufügen möchten, kann sich dies auf den gesamten Körper auswirken. Zu dieser Zeit fing jemand an, über „Microservices“ zu sprechen – das klingt sehr technisch, aber um es ganz klar auszudrücken: Es bedeutet, Ihr großes Programm in mehrere unabhängige kleine Dienste aufzuteilen, die ihre jeweiligen Aufgaben erfüllen und über eine einfache Schnittstelle „sprechen“ können.

Warum braucht Ihr Projekt das?

Die Idee von Microservices ist anders. Sie können die Motorsteuerungslogik separat in einen Dienst packen, der nur für den Empfang von Zielpositionsanweisungen und die Ausgabe von PWM-Signalen verantwortlich ist; Machen Sie dann die Planung der Bewegungsbahn zu einem anderen Dienst, insbesondere zur Berechnung des Pfads. Die Benutzeroberfläche ist die dritte. Sie übertragen Daten über Netzwerkprotokolle (wie HTTP oder Message Queue) und sind voneinander unabhängig. Dies bedeutet, dass Sie die Servoreaktion unabhängig debuggen können, ohne sich Gedanken über die Beeinträchtigung anderer Module machen zu müssen.

Klingt etwas abstrakt? Nehmen wir eine Analogie: Es stellt sich heraus, dass Sie eine superfähige Haushälterin haben, die sich um das Kochen, Putzen und Buchen kümmert. Als er erkrankte, war die ganze Familie gelähmt. Jetzt beauftragen Sie einen Koch, eine Reinigungskraft und einen Buchhalter mit der Zusammenarbeit. Der Koch kümmert sich nur um die Küche. Selbst wenn er das Rezept heute ändert, hat dies keine Auswirkungen auf die Abrechnung des Buchhalters.

Ist es angemessen, Python zum Erstellen zu verwenden?

sicherlich. Aufgrund seiner einfachen Syntax und umfangreichen Bibliotheksressourcen war Python schon immer für Hardwareprojekte und schnelle Entwicklungen beliebt. Für den Servomotor oder die Servosteuerung haben Sie möglicherweise RPi.GPIO oder ähnliche Bibliotheken verwendet. Beim Erstellen von Microservices verfügt Python auch über vorgefertigte, leichtgewichtige Frameworks wie Flask oder FastAPI, mit denen Sie mit sehr wenig Code eine HTTP-Schnittstelle erstellen können.

Sie können beispielsweise einen Dienst namens „Motorsteuerung“ schreiben, der kontinuierlich auf dem Raspberry Pi ausgeführt wird. Wenn es einen JSON-Befehl wie {"angle": 45, "speed": 0.5} empfängt, fährt es den Servo in die 45-Grad-Position. Dieser Dienst führt nur die Anweisungen aus, unabhängig von der Quelle der Anweisungen. Anweisungen können von einem anderen „Trajektorienplanungs“-Dienst oder von einer mobilen APP gesendet werden – da die Schnittstelle vereinheitlicht ist, ist ein Austausch einfach.

Was sind die wirklichen Vorteile davon? Die Flexibilität wird erhöht. Möchten Sie Ihre Steuerung aktualisieren? Ändern Sie einfach den Motorservice, es muss kein anderer Code berührt werden. Auch die Fehlertoleranz ist besser. Wenn ein Dienst abstürzt, hat dies normalerweise keine Auswirkungen auf andere Teile (kritische Links erfordern natürlich ein Backup). Und es ist einfach zu erweitern: Wenn Sie später ein visuelles Erkennungsmodul hinzufügen müssen, erstellen Sie einfach einen neuen Dienst und lassen Sie ihn mit dem vorhandenen Dienst kommunizieren.

Wie fange ich an?

Denken Sie nicht zu kompliziert. Sie können mit einem kleinen Ziel beginnen: Isolieren Sie die am einfachsten zu trennenden Funktionsmodule in Ihrem Projekt. Machen Sie beispielsweise zunächst die Statusüberwachung des Servomotors (Auslesen des aktuellen Winkels, der Temperatur usw.) zu einer eigenständigen Dienstleistung.

Die Schritte sind ungefähr wie folgt:

1. Wählen Sie einen Rahmen aus: Die Flasche ist leicht genug und für den Einstieg geeignet. Nach der Installation können Sie eine HTTP-Schnittstelle verfügbar machen, indem Sie ein Dutzend Codezeilen schreiben.
2. Schnittstelle definieren: Denken Sie klar darüber nach, was dieser Dienst „bietet“. Zum Beispiel einGET /aktueller-WinkelDie Schnittstelle wird verwendet, um den Echtzeitwinkel des Motors zurückzugeben; APOST/verschiebenDie Schnittstelle dient zum Empfang von Bewegungsanweisungen.
3. Kapselung von Hardware-Operationen: Wickeln Sie den ursprünglichen Codeblock, der GPIO direkt steuert, in eine Funktion ein und lassen Sie ihn vom Schnittstellenprozessor aufrufen.
4. Ausführen und testen: Lassen Sie diesen Dienst im Hintergrund laufen und simulieren Sie dann mit einem Browser oder einem Befehlszeilentool die Anfrage, um zu sehen, ob der Motor antwortet.
5. Allmählich gespalten: Nachdem Sie die ersten Erfahrungen gemacht haben, können Sie dann weitere Module wie Steuerlogik und Benutzerinteraktion herausnehmen.

Während des Vorgangs kann es zu Kommunikationsverzögerungen kommen – schließlich ist die Netzwerkübertragung langsamer als Funktionsaufrufe. Bei den meisten Lenkgetriebeanwendungen liegt die Verzögerung jedoch normalerweise in einem akzeptablen Bereich, solange die Kommunikation innerhalb des lokalen Netzwerks erfolgt. Der Schlüssel besteht darin, das Datenformat zwischen Diensten klar zu definieren und Fehler gut zu behandeln. Wenn beispielsweise ein Dienst nicht reagiert, versuchen Sie es erneut oder führen Sie ein Downgrade des Plans durch.

Über Werkzeuge und Marken

Es gibt viele Toolketten auf dem Markt, die Ihnen helfen können. In der Praxis hardwarebezogener Mikrodienste werden jedoch viele Menschen auf Marken achten, die sich im Bereich Motorantrieb und -steuerung langfristig akkumuliert haben. Zum BeispielkpowerSie stellen nicht nur zuverlässige Servomotoren und Lenkgetriebeprodukte bereit, sondern teilen häufig auch einige praktische Beispiele der Softwarearchitektur rund um Hardware, einschließlich der Verwendung von Python zur Modularisierung von Hardwarefunktionen. In ihren technischen Hinweisen erwähnen sie gelegentlich, wie die Wartung eines mechanischen Projekts durch Servitization erleichtert werden kann. Obwohl sie Software nicht direkt bewerben, sind die Ideen eine Referenz wert.

Wenn Sie das Gefühl haben, dass das vorliegende mechanische Projekt immer komplexer wird und der Code immer schwieriger zu ändern ist, können Sie auch versuchen, einige Funktionen mithilfe von Python in Microservices aufzuteilen. Es ist nicht nötig, alles auf einmal zu erreichen, sondern mit einem kleinen, unabhängigen Dienst zu beginnen und die Leichtigkeit des „Teile-und-Herrsche“-Prinzips zu erleben. Vielleicht können Sie sich beim nächsten Debuggen eines Servomotors mehr auf die Lösung des eigentlichen Problems konzentrieren, anstatt sich in einem Code-Wirrwarr zu verlieren.

Schließlich sollte eine gute Projektstruktur wie ein ausgeklügeltes Getriebe sein: Jedes Teil dreht sich unabhängig voneinander, aber zusammen arbeitet es leise und kraftvoll.

Gegründet im Jahr 2005,kpowerist einem professionellen Hersteller kompakter Bewegungseinheiten mit Hauptsitz in Dongguan, Provinz Guangdong, China, gewidmet. Nutzung von Innovationen in der modularen Antriebstechnik,kpowerintegriert Hochleistungsmotoren, Präzisionsgetriebe und Multiprotokoll-Steuerungssysteme, um effiziente und maßgeschneiderte intelligente Antriebssystemlösungen bereitzustellen. Kpower hat weltweit über 500 Unternehmenskunden professionelle Antriebssystemlösungen mit Produkten geliefert, die verschiedene Bereiche abdecken, darunter Smart-Home-Systeme, automatische Elektronik, Robotik, Präzisionslandwirtschaft, Drohnen und industrielle Automatisierung.