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Programmer le pcDuino : Pyduino : Réseau :Serveur TCP / Http / HTML + Javascript + Ajax : Afficher dans le navigateur client un graphique de 1000 valeurs aléatoires généré avec la librairie Dygraphs et mis à jour par requête Ajax vers le serveur Pyduino.

Par X. HINAULT - Juillet 2013

Un serveur graphique local qui se met à jour en temps réel... !

Ce que l'on va faire ici

  • Dans ce code, je vous montre comment mettre en place un serveur TCP / Http / HTML + Javascript + Ajax qui permet la mise à jour par requête Ajax d'un graphique de 1000 valeur aléatoires, graphique fourni par une librairie graphique Javascript, Dygraphs
  • Le tableau de 1000 valeurs aléatoires est obtenu côté serveur à l'aide d'un tableau Numpy. L'intérêt majeur ici est de pousser la connexion réseau dans ses retranchements : on verra que la génération puis l'envoi de 1000 valeurs à virgule ne prend même pas une seconde et qu'un rafraîchissement de 2 à 3 fois par secondes est obtenu. Qui peut le plus peut le moins : l'envoi de quelques dizaines de valeurs sera donc réalisable sans aucun problème.
  • La librairie Dygraphs est à installer en local sur un miniPC par exemple.

Ce code est "all-in-one" associant dans le même fichier le code Pyduino/Python créant le serveur, la page HTML initiale, le code javascript côté client et la réponse Ajax Serveur. Facile à déboguer, à adapter... et un seul code à exécuter côté serveur !

  • On utilise ici :
    • une fonction dédiée pour fournir la page HTML+ code Javascript, rendant le code plus facile à maintenir.
    • une fonction dédiée pour l'envoi de la requête AJax.

Note technique

  • Un peu à la façon des "poupées gigognes" notre code est écrit en Python...
    • qui intègre lui-même la page HTML
      • qui intègre elle-même le code Javascript qui sera exécuté côté client !
        • qui intègre elle-même le code gérant l'envoi de la requête Ajax et la gestion de la réponse.
  • Le serveur TCP gère quand à lui la requête GET initiale et les requêtes Ajax.

Pré-requis

Schéma fonctionnel

  • Le code Pyduino communique avec l'interface réseau du système qui assure la connexion avec le client distant :
  • Noter que ce code fonctionne aussi bien en éthernet (filaire) qu'en wifi (sans fil) sous réserve que la connexion matérielle soit opérationnelle.

Le réseau utilisé

  • Note : le poste fixe peut évidemment être le poste depuis lequel vous accédez au pcDuino par VNC, au moins en phase d'essai.

Matériel nécessaire

Système

  • Le pcDuino
  • connecté à un réseau local actif associant :
    • un routeur (une box internet typiquement) +/- un switch réseau
    • d'autres postes sur le réseau, notamment un poste fixe ou une tablette.
    • voire un poste distant sur le web
  • Si on utilise le wifi, on utilisera le dongle wifi ou une clé USB wifi au lieu de l'interface réseau ethernet. Mais pour un simple test, rester en filaire, c'est plus simple !

E/S

  • Pas utilisées.

Instructions de montage

  • Simplement connecter le pcDuino au réseau, ce qui est normalement déjà le cas si vous travaillez en accès VNC !

Le montage à réaliser

Le fichier *.py

Copier/coller ce code dans l'éditeur Geany :


#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-

# exemple pyDuino - par X. HINAULT - www.mon-club-elec.fr
# Juillet 2013 - Tous droits réservés - GPLv3
# voir : https://github.com/sensor56/pyDuino

# Tester l'envoi d'une requete Ajax, l'envoi d'une reponse et la gestion d'une reponse Ajax

from pyduino import * # importe les fonctions Arduino pour Python

import numpy as np

# entete declarative
compt=0 # variable de comptage
ipLocale=Ethernet.localIP() # auto - utilise l'ip de l'interface eth0 du systeme

#ipLocale='192.168.1.25' # manuel - attention : utiliser la meme IP qu'une interface reseau du systeme
# pour connaitre les interfaces reseau sur le systeme : utiliser la commande $ ifconfig

print ipLocale # affiche l'adresse IP

port=8080 # attention port doit etre au dessus de 1024 sinon permission refusee par securite - 8080 pour http

serverHTTP=EthernetServer(ipLocale, port) # crée un objet serveur utilisant le port 8080 = port HTTP > 1024

data=None # Tableau Numpy  global des donnees

#--- setup ---
def setup():

        # -- serveur TCP --
        global serverHTTP, ipLocale, port

        #serverHTTP.begin(10) # initialise le serveur - fixe nombre max connexion voulu
        serverHTTP.begin() # initialise le serveur - nombre max connexion par defaut = 5

        print ("Serveur TCP actif avec ip : " + ipLocale + " sur port : " + str(port) )
#--- fin setup

# -- loop --
def loop():

        global serverHTTP

        print ("Attente nouvelle connexion entrante...")
        clientDistant, ipDistante = serverHTTP.clientAvailable() # attend client entrant
        # code bloque ici tant que pas client ! Si present, on recupere d'un coup objet client ET son ip

        print "Client distant connecte avec ip :"+str(ipDistante) # affiche IP du client

        #--- requete client ---
        requete=serverHTTP.readDataFrom(clientDistant) # lit les donnees en provenance client d'un coup

        #print requete # affiche requete recue - debug

        # analyse de la requete

        #====== si requete ajax ======
        if requete.startswith("GET /ajax"): # si la requete recue est une requete ajax

                lignesRequete=requete.splitlines() # recupere la requete est list de lignes
                print lignesRequete[0]  # premiere ligne = la requete utile

                #--- reponse serveur requete formulaire ---
                reponse=( # ( ... ) pour permettre multiligne..
                httpResponse() # entete http OK 200 automatique fournie par la librairie Pyduino

                # contenu reponse AJAX
                +

                reponseAJAXServeur() # voir la fonction separee - pour clarte du code

                                +"\n") # fin reponse

                serverHTTP.writeDataTo(clientDistant, reponse) # envoie donnees vers client d'un coup

                #print "Reponse envoyee au client distant : "  debug
                #print (reponse) # affiche la reponse envoyee # debug

        #====== si requete GET simple = premiere requete => envoi page HTML+JS initiale ======
        elif requete.startswith("GET"): # si la requete commence par GET seul = premiere page

                print "Requete GETrecue valide"

                #-- code Pyduino a executer au besoin
                global compt
                compt=0 # RAZ compt

                #--- reponse serveur requete initiale ---
                reponse=( # ( ... ) pour permettre multiligne..
                httpResponse() # entete http OK 200 automatique fournie par la librairie Pyduino

                # contenu page HTML+ JS initiale
                +

                pageInitialeHTMLJS() # voir la fonction separee - pour clarte du code

                +"\n") # fin reponse

                serverHTTP.writeDataTo(clientDistant, reponse) # envoie donnees vers client d'un coup

                print "Reponse envoyee au client distant : "
                #print (bytes(reponse))
                #print (reponse) # affiche la reponse envoyee - debug

        #====== si requete pas valide ======
        else : # sinon requete pas valide

                print ("Requete pas valide")


        #====== une fois la page envoyée ======
        #serverHTTP.close()
        # remarque : le socket = serveur doit rester ouvert

        # quand on quitte l'application: la connexion TCP reste active un peu donc erreur si re-execution trop rapide du code
        # on peut utiliser un port voisin dans ce cas...

        delay(50) # entre 2 loop()

# -- fin loop --

#========== fonction fournissant la page HTML + JS initiale incluant code javascript AJAX ======
def pageInitialeHTMLJS():

        # code Python a executer avant envoyer page

        # donnees types
        global data

        nombreValeurs=1000;

        data=np.zeros((nombreValeurs,2)) # tableau de 1000 lignes x 2 colonnes
        data[:,0] = np.arange(0,nombreValeurs,1) # remplissage 1ere colonne = les x

        #data[:,1] = np.arange(0,1000,1) # remplissage 2eme colonne = les y
        data[:,1] = np.random.normal(0,1,size=nombreValeurs)  # remplissage 2eme colonne = les y1

        #dataStr=",".join(data )   # pour convertir list en str avec elements separes par ,
        dataGraph="" # initialise chaine
        dataStr=str(data.tolist()) # convertit tableau numpy pour affichage dygraph ++
        dataGraph=dataGraph+dataStr

        # Note : lors envoi page initiale : donnees envoyees au sein code JS
        # lors envoi reponse ajax : donnees envoyees en tant que chaine texte

        # options du graphique Dygraph a utiliser
        optionsGraph="""
        labels: [ "x", "y="], // labels series
        width : 800, // largeur
        // height: 400, // hauteur
        showRangeSelector: true // affiche l'outil de selection plage voulue
        """

        contenuPageInitialeHTMLJS=( # debut page HTML
"""
<!DOCTYPE html>
<html>
    <head>
        <meta charset="utf-8" />
        <title>Test reponse Ajax</title>

        <!-- Debut du code Javascript  -->
        <script language="javascript" type="text/javascript">
        <!--

           // code javascript par X. HINAULT - www.mon-club-elec.fr - tous droits reserves - 2013 - GPL v3

        function path(jsFileNameIn) { // fonction pour fixer chemin absolu                              
                        var js = document.createElement("script");
                        js.type = "text/javascript";
                        //js.src = " http://www.mon-club-elec.fr/mes_javascripts/dygraphs/"+jsFileNameIn; // <=== serveur externe - modifier chemin ++ si besoin
                        //js.src = "http://127.0.0.1/javascript/dygraphs/"+jsFileNameIn; // serveur local
                        //js.src = "javascript/rgraph/"+jsFileNameIn; // chemin local  - fichier doit etre a la racine serveur
                        js.src = "http://"+window.location.hostname+":80"+"/javascript/dygraphs/"+jsFileNameIn; // si utilisation server http local port 80

                        document.head.appendChild(js);                                  
                        //alert(js.src); // debug

                } // fin fonction path

                //---- fichiers a charger ---                            
                path('dygraph-combined.js'); // fichier simplifiant acces a tous les fichiers de la librairie dygraph


        // variables / objets globaux
        var textInputDygraphs=null;

        var delai=10; // delai en ms entre 2 requetes AJAX
                var val=0;

        //---------- fonction initiale executee au lancement -----
        window.onload = function () { // au chargement de la page

                        textInputDygraphs=document.getElementById("valeurDygraphs");

                        g = new Dygraph( // cree l'objet du graphique

                        // containing div
                        document.getElementById("graphdiv"), // objet div utilise appele par son nom

                        // CSV ou chemin fichier CSV.

                        // donnees valides au format x,y1, y2, ..., yn \n
                        // x = horodatage ou chiffre
                        // horodatages valides : voir http://dygraphs.com/data.html#csv
"""
        +
        dataGraph
        +
""",

                        //-- parametres a utiliser pour le graphique
                        {
"""
        +
        optionsGraph
        +
"""
                        } // fin parametres


                        ); // fin declaration Dygraph


                        setTimeout(function () {requeteAjax(manageReponseAjaxServeur);}, delai); // setTimeOut avec fonction inline : 1er appel de la fonction requete Ajax
                        // nb : setTimeout() n'applique delai qu'une fois


        } // fin window.onload

        //---------- fonction de requete AJAX -----
        function requeteAjax(callback) { // la fonction recoit en parametre la fonction de callback qui gere la reponse Ajax
                        // la fonction de callback appelee sera celle definie dans setTimeOut : manageAjaxData
                        var xhr = XMLHttpRequest(); // declare objet de requete AJAX  - OK Firefox

                        xhr.open("GET", "/ajax", true); // definition de la requete envoyee au serveur ici : GET /ajax
                        xhr.send(null); // envoi de la requete

                        xhr.onreadystatechange = function() { // fonction de gestion de l'evenement onreadystatechange
                                if (xhr.readyState == 4 && xhr.status == 200) { // si reponse OK
                                        callback(xhr.responseText); // appel fonction gestion reponse en passant texte reponse en parametre
                                } // fin if
                        }; // fin function onreadystatechange

                } // fin fonction requeteAjax

                //------ fonction qui sera utilisee en fonction de callback = gestion de la reponse Ajax
                // cette fonction est executee cote client suite reception de la chaine de reponse ajax en provenance serveur
                function manageReponseAjaxServeur(stringDataIn) { // la fonction recoit en parametre la chaine de texte de la reponse Ajax

                        // ici la fonction assure actualise le graphique


                        // met a jour donnees a partir chaine recue
                        g.updateOptions( { 'file': stringDataIn } ); // met a jour les donnees du graphique

                        // recupere derniere valeur
                        textInputDygraphs.value=Number(g.getValue(0,g.numColumns()-1) ); // derniere valeur du graphique
                        // voir : http://dygraphs.com/jsdoc/symbols/Dygraph.html

                        // reinitialise delai rappel requete
                        setTimeout(function () {requeteAjax(manageReponseAjaxServeur);}, delai); // relance delai avant nouvelle requete Ajax

                } // fin fonction gestion de la reponse Ajax

                //-->
                </script>
                <!-- Fin du code Javascript -->


    </head>

    <body>  

   <div id="graphdiv"></div>
        <br/>
        Valeur courante = <input type="text" id="valeurDygraphs" />

        <br/>
        Serveur Pyduino : Mise a jour graphique Dygraphs 1000 valeurs aleatoires  par requete Ajax
        <br/>

    </body>

</html>
"""

)  # fin page HTML+JS initiale
        return contenuPageInitialeHTMLJS # la fonction renvoie la page HTML

#===================== Reponse AJAX ==================

#--- fonction fournissant la page de reponse AJAX
def reponseAJAXServeur():

        # definition des variables a uiliser dans la reponse
        global data

        # operations sur tableau de donnees
        #data[:,1]=data[:,1]*2

        #data[:,1]=np.roll(data[:,1],-1)  #fait defiler y

        #--- ici on genere un nouveau tableau aleatoire de 1000 valeurs

        nombreValeurs=1000;

        data=np.zeros((nombreValeurs,2)) # tableau de 1000 lignes x 2 colonnes
        data[:,0] = np.arange(0,nombreValeurs,1) # remplissage 1ere colonne = les x

        #data[:,1] = np.arange(0,1000,1) # remplissage 2eme colonne = les y
        data[:,1] = np.random.normal(0,1,size=nombreValeurs)  # remplissage 2eme colonne = les y1


        # envoi du tableau en reponse Ajax
        #dataGraph=""
        #dataStr=str(data.tolist()) # convertit tableau numpy pour affichage dygraph ++
        #dataGraph=dataGraph+dataStr

        # attention : envoyer une chaine car la fonction JS recoit une chaine : c'est pas du code JS qu'on envoie
        # donnees sous forme d'une chaine
        # format "x,y\n"

        dataGraph=""

        # attention - ici le formatage est la chaîne brute, pas la chaîne au sein de code JS.. subtil.. !
        for i in range(len(data)-1):
                # format "x,y\n"
                dataGraph=dataGraph+str(data[i,0])+","+str(data[i,1]) + "\n" # le 2eme \n est dans la page HTML, le premier dans la chaine des donnees

        dataGraph=dataGraph+str(data[-1,0])+","+str(data[-1,1]) + "\n" # derniere ligne sans le plus

        #print dataGraph # debug

        # la reponse
        reponseAjax=( # debut page reponse AJAX
#"""123, 456, 789"""
dataGraph
)  # fin page reponse AJAX
        return reponseAjax# la fonction renvoie la page HTML

#--- obligatoire pour lancement du code --
if __name__=="__main__": # pour rendre le code executable
        setup() # appelle la fonction setup
        while not noLoop: loop() # appelle fonction loop sans fin

 
[$[Get Code]]

Ce code est également disponible ici : https://raw.github.com/sensor56/pyduino-exemples/master/Ethernet/EthernetServerAnalyseAjaxDygraphsNumpy1000.py

Utilisation

  • Connecter le mini-PC au réseau
  • Appuyer sur le bouton exécuter dans Geany
  • Une fenêtre de Terminal doit apparaître : un message indique que le serveur attend un client entrant.
  • Ouvrir alors sur le poste client un navigateur, par exemple firefox, et saisir l'adresse ip du mini-PC suivie de :8080 ce qui donne par exemple 192.168.1.13:8080. On utilise ici le port 8080 d'où le :8080...
  • A ce moment là, on doit voir sur le mini-PC les messages attestant de la connexion du client ainsi que le requête reçue
  • Puis le serveur envoie sa réponse intégrant l'entête http et la page HTML
  • Du côté client, la page HTML doit s'afficher : ici, la valeur reçue en réponse à la requête Ajax met à jour le graphique Dygraphs sans recharger la page complète. Bien comprendre que 1000 valeurs sont génrées puis envoyées à chaque requête Ajax.
  • Il est possible également d'éditer le source de la page permettant de s'assurer que le code HTML + javascript envoyé par le code pyduino est correct
  • Noter que le poste fixe peut simultanément accéder au mini-PC par VNC (qui utilise le port 5900) et par le navigateur client ( qui utilise le port 8080) !

Discussion technique

  • Ici, la quantité de données envoyée vers le client n'est pas du tout optimisée et c'est fait exprès, pour voir le résultat obtenu avec cette quantité de données à chaque envoi de réponse Ajax.
  • Dans une logique d'optimisation, il sera préférable de n'envoyer vers le client qu'une valeur à la fois, voire quelques valeurs, pour des séries de données générées chronologiquement, ce qui est le cas en situation de monitoring. Dans ce cas, le défilement des données sera à programmer côté client.
  • On constatera aussi que le serveur (=le pcDuino) n'est pas sollicité outre-mesure puisque l'usage CPU est à peine de 30% lorsque le client est connecté.