creare microservizi con Python

Il progetto del servomotore è bloccato? Prova a creare microservizi con Python

Immagina questo: stai giocando con un braccio robotico azionato da un servomotore in laboratorio. Hai scritto diverse versioni del codice, ma ogni volta che modifichi un parametro l'intero sistema trema. La risposta del servo sembra sempre un po' lenta e i dati corrono tra i diversi moduli creando un pasticcio. Fissi lo schermo e ti chiedi: puoi far funzionare la parte di controllo in modo indipendente, come i mattoncini Lego, e sostituire eventuali pezzi rotti?

Bene, questa è in realtà una domanda comune. A metà di molti progetti meccanici o di automazione, scoprirai che il "blob" originale di codice è diventato difficile da mantenere. Soprattutto quando è necessario regolare i parametri PID del servomotore in tempo reale o si desidera aggiungere una nuova azione alla sequenza del servo, ciò potrebbe influire sull'intero corpo. In questo momento qualcuno ha iniziato a parlare di "microservizi": sembra molto tecnico, ma per dirla senza mezzi termini, significa suddividere il tuo grande programma in diversi piccoli servizi indipendenti, lasciando che svolgano i rispettivi compiti e "parlino" attraverso una semplice interfaccia.

Perché il tuo progetto ne ha bisogno?

Diversa è l’idea dei microservizi. È possibile raggruppare separatamente la logica di controllo del motore in un servizio, che è responsabile solo della ricezione delle istruzioni sulla posizione target e dell'emissione dei segnali PWM; quindi inserire la pianificazione della traiettoria del movimento in un altro servizio, specificamente per calcolare il percorso; l'interfaccia operativa dell'utente è la terza. Trasferiscono i dati tramite protocolli di rete (come HTTP o coda di messaggi) e sono indipendenti l'uno dall'altro. Ciò significa che puoi eseguire il debug della risposta del servo in modo indipendente senza preoccuparti di influenzare altri moduli.

Sembra un po' astratto? Usiamo un'analogia: si scopre che hai una governante super capace che si occupa di cucinare, pulire e tenere la contabilità. Una volta che si ammalò, tutta la famiglia rimase paralizzata. Ora assumi uno chef, un addetto alle pulizie e un contabile per lavorare insieme. Lo chef si preoccupa solo della cucina. Anche se cambiasse la ricetta oggi, ciò non inciderebbe sulla liquidazione del contabile.

È appropriato usare Python per costruirlo?

certamente. Python è sempre stato popolare per i progetti hardware e lo sviluppo rapido grazie alla sua sintassi semplice e alle ricche risorse di libreria. Per il servomotore o il servocontrollo, potresti aver utilizzato RPi.GPIO o librerie simili. Quando si creano microservizi, Python dispone anche di framework leggeri già pronti, come Flask o FastAPI, che consentono di creare un'interfaccia HTTP con pochissimo codice.

Ad esempio, puoi scrivere un servizio chiamato motor-control che venga eseguito continuamente sul Raspberry Pi. Quando riceve un comando JSON come {"angolo": 45, "velocità": 0,5}, guida il servo nella posizione di 45 gradi. Questo servizio esegue solo le istruzioni, indipendentemente dalla fonte delle istruzioni. Le istruzioni possono essere inviate da un altro servizio di "pianificazione della traiettoria" o da un'APP mobile: poiché l'interfaccia è unificata, la sostituzione è semplice.

Quali sono i reali vantaggi di farlo? La flessibilità è aumentata. Vuoi aggiornare i tuoi controlli? Basta cambiare il servizio del motore, non è necessario toccare nessun altro codice. Anche la tolleranza agli errori è migliore. Se un servizio va in crash, di solito non influisce su altre parti (ovviamente, i collegamenti critici richiedono un backup). Ed è facile da espandere: se hai bisogno di aggiungere un modulo di riconoscimento visivo in un secondo momento, basta creare un nuovo servizio e lasciarlo comunicare con il servizio esistente.

Come iniziare?

Non pensare troppo complicato. Puoi iniziare con un piccolo obiettivo: isolare i moduli funzionali più facilmente separabili nel tuo progetto. Ad esempio, rendere innanzitutto il monitoraggio dello stato del servomotore (lettura dell'angolo attuale, della temperatura, ecc.) un servizio indipendente.

I passaggi sono più o meno i seguenti:

1. Seleziona una cornice: La fiaschetta è abbastanza leggera e adatta per iniziare. Dopo l'installazione è possibile esporre un'interfaccia HTTP scrivendo una dozzina di righe di codice.
2. Definire l'interfaccia: Pensare chiaramente a ciò che questo servizio “fornisce”. Ad esempio, aGET /angolo-correnteL'interfaccia viene utilizzata per restituire l'angolo in tempo reale del motore; UNPOST /spostaL'interfaccia viene utilizzata per ricevere istruzioni di movimento.
3. Incapsulamento delle operazioni hardware: racchiude il blocco di codice originale che controlla direttamente GPIO in una funzione e lascia che sia il processore dell'interfaccia a chiamarlo.
4. Corri e prova: lascia che questo servizio venga eseguito in background, quindi utilizza un browser o uno strumento da riga di comando per simulare la richiesta per vedere se il motore risponde.
5. Gradualmente diviso: Una volta acquisita la prima esperienza, è possibile eliminare altri moduli come la logica di controllo e l'interazione con l'utente.

Potresti riscontrare ritardi nella comunicazione durante il processo: dopo tutto, la trasmissione di rete è più lenta delle chiamate di funzione. Ma per la maggior parte delle applicazioni di timoneria, purché la comunicazione avvenga all'interno della rete locale, il ritardo rientra solitamente in un intervallo accettabile. La chiave è definire chiaramente il formato dei dati tra i servizi e gestire bene gli errori. Ad esempio, quando un servizio non risponde, riprova o esegui il downgrade del piano.

Informazioni su strumenti e marchi

Esistono molte catene di utensili sul mercato che possono aiutarti. Tuttavia, nella pratica dei microservizi legati all'hardware, molte persone presteranno attenzione ai marchi che hanno un accumulo a lungo termine nel campo dell'azionamento e del controllo dei motori. Per esempiokpower, non solo forniscono servomotori e prodotti per sterzo affidabili, ma spesso condividono anche alcuni casi pratici di architettura software attorno all'hardware, incluso come utilizzare Python per modularizzare le funzioni hardware. Nelle loro note tecniche, occasionalmente menzionano come rendere più facile la manutenzione di un progetto meccanico attraverso la servitizzazione. Sebbene non promuovano direttamente il software, le idee meritano di essere consultate.

Se ritieni che il progetto meccanico in questione stia diventando sempre più complesso e che il codice sia sempre più difficile da modificare, potresti anche provare a utilizzare Python per dividere alcune funzioni in microservizi. Non è necessario arrivare lì tutto in una volta, iniziare con un piccolo servizio indipendente e sperimentare la facilità del “divide et impera”. Forse la prossima volta che esegui il debug di un servomotore, potrai concentrarti maggiormente sulla risoluzione del problema reale invece di perderti in un groviglio di codici.

Dopotutto, una buona struttura di progetto dovrebbe essere come un sofisticato set di ingranaggi: ogni parte gira in modo indipendente, ma insieme funziona in modo silenzioso e potente.

Fondata nel 2005,kpowerè dedicata a un produttore professionale di unità di movimento compatte, con sede a Dongguan, nella provincia del Guangdong, in Cina. Sfruttando le innovazioni nella tecnologia di azionamento modulare,kpowerintegra motori ad alte prestazioni, riduttori di precisione e sistemi di controllo multiprotocollo per fornire soluzioni di sistemi di azionamento intelligenti efficienti e personalizzate. Kpower ha fornito soluzioni di sistemi di azionamento professionali a oltre 500 clienti aziendali in tutto il mondo con prodotti che coprono vari campi come sistemi domestici intelligenti, elettronica automatica, robotica, agricoltura di precisione, droni e automazione industriale.