TDengine 與開源可視化編程工具 Node-RED 集成

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簡介

Node-RED 是由 IBM 開發的基于 Node.js 的開源可視化編程工具，通過圖形化界面組裝連接各種節點，實現物聯網設備、API 及在線服務的連接。同時支持多協議、跨平臺，社區活躍，適用于智能家居、工業自動化等場景的事件驅動應用開發，其主要特點是低代碼、可視化。

TDengine 與 Node-RED 深度融合為工業 IoT 場景提供全棧式解決方案。通過 Node-RED 的 MQTT/OPC UA/Modbus 等協議節點，實現 PLC、傳感器等設備毫秒級數據采集。同時 Node-RED 中基于 TDengine 的毫秒級實時查詢結果，觸發繼電器動作、閥門開合等物理控制，實現更實時的聯動控制。

node-red-node-tdengine 是 TDengine 為 Node-RED 開發的官方插件，由兩個節點組成：

tdengine-operator：提供 SQL 語句執行能力，可實現數據寫入/查詢/元數據管理等功能。
tdengine-consumer：提供數據訂閱消費能力，可實現從指定訂閱服務器消費指定 TOPIC 的功能。

前置條件

準備以下環境：

TDengine 3.3.2.0 及以上版本集群已部署并正常運行（企業/社區/云服務版均可）。
taosAdapter 能夠正常運行，詳細參考 taosAdapter 參考手冊。
Node-RED 3.0.0 及以上版本，Node-RED 安裝。
Node.js 語言連接器 3.1.8 及以上版本，可從 npmjs.com 下載。
node-red-node-tdengine 插件 1.0.0 及以上版本，可從 npmjs.com 下載。

以上各安裝組件調用關系如下圖：

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配置數據源

插件數據源在節點屬性中配置，通過 Node.js 語言連接器連接數據源，配置步驟如下：

啟動 Node-RED 服務，使用瀏覽器進入 Node-RED 主頁。
畫布左側在節點選擇區域選擇 tdengine-operator 或 tdengine-consumer 節點拖至畫布。
雙擊畫布中選中節點，彈出屬性設置窗口，填寫數據庫連接信息：
- tdengine-operator 節點連接串格式：ws://user:password@host:port
- tdengine-consumer 節點連接串格式：ws://host:port
更多詳細內容請點擊畫布右側上方區域中字典圖標按鈕，參考在線幫助文檔。
配置完成后，點擊右上角“部署”按鈕，節點狀態為綠色，表示數據源配置正確且連接正常。

驗證方法

tdengine-operator

參考下一節“使用示例->采集數據”章節：

配置好 tdengine-operator 數據庫連接屬性。
節點前增加 inject 節點，配置 msg.topic 為預期寫入 SQL。
點擊 inject 節點“注入”按鈕觸發 SQL 執行。
使用 taos-CLI 查詢預期寫入數據是否存在，驗證寫入成功。

tdengine-consumer

參考下一節“使用示例->數據訂閱”章節：

配置好 tdengine-consumer 節點訂閱各屬性。
其后增加 debug 節點。
在節點屬性中勾選“節點狀態”，下拉列表中選擇“消息數量”。
使用 taos-CLI 向 TOPIC 所在表寫入一條數據。
觀察 debug 節點計數預期會加 1。
驗證輸出 payload 數據預期與寫入數據一致。
全部符合預期即為驗證成功。

使用示例

場景準備

場景介紹

某生產車間有多臺智能電表，電表每一秒產生一條數據，數據準備存儲在 TDengine 數據庫中，要求實時輸出每分鐘各智能電表平均電流、電壓及用電量，同時要對電流 > 25A 或電壓 > 230V 負載過大設備進行報警。

我們使用 Node-RED + TDengine 來實現需求：

使用 Inject + function 節點模擬設備產生數據。
tdengine-operator 節點負責寫入數據。
實時統計使用 tdengine-operator 節點查詢功能。
過載報警使用 tdengine-consumer 訂閱功能。

假設：

TDengine 服務器：www.example.com。
WEBSOCKET 端口：6041。
用戶名/密碼：默認。
模擬設備：三臺（d0，d1，d2）。

數據建模

使用數據庫管理工具 taos-CLI，為采集數據進行手工建模，采用一張設備一張表建模思路：

創建超級表：meters。
創建子表：d0，d1，d2。

建模 SQL 如下：

create database test;
create stable test.meters (ts timestamp, current float, voltage int, phase float ) tags (groupid int, location varchar(24));
create table test.d0 using test.meters tags(1, 'workshop1');
create table test.d1 using test.meters tags(2, 'workshop1');
create table test.d2 using test.meters tags(2, 'workshop2');

業務處理

數據采集

示例使用生成隨機數方式模擬真實設備生產數據，tdengine-operator 節點配置 TDengine 數據源連接信息，并把數據寫入 TDengine，同時使用 debug 節點監控寫入成功數據量并展示于界面。

操作步驟如下：

增加寫入節點
1. 在節點選擇區域選擇 tdengine-operator 節點，拖動至畫布中。
2. 雙擊節點打開屬性設置，名稱填寫 ‘td-writer’，數據庫項右側點擊“+”號圖標。
3. 彈出窗口中，名稱填寫 ‘db-server’，連接類型選擇使用字符串連接，輸入：
```
ws://root:taosdata@www.example.com:6041 
```
1. 點擊“添加”并返回。
模擬設備產生數據
1. 在節點選擇區域選擇 function 節點，拖動至畫布 td-writer 節點前。
2. 雙擊節點打開屬性設置，名稱填寫‘write d0’，下面選項卡選擇“運行函數”，填寫如下內容后保存并返回畫布。
```
   // generate randconst value2 = Math.floor(Math.random() * (30 - 5 + 1)) + 5; // 5-30const value3 = Math.floor(Math.random() * (240 - 198 + 1)) + 198; // 198-240const value4 = Math.floor(Math.random() * (3 - 1 + 1)) + 1; // 1-3// sqlmsg.topic = `insert into test.d0 values (now, ${value2}, ${value3}, ${value4});`;return msg;
```
1. 在節點選擇區域選擇 inject 節點，拖動至畫布 write d0 節點前。
2. 雙擊節點打開屬性設置，名稱填寫‘inject1’，下拉列表中選擇“周期性執行”，周期選擇每隔 1 秒，保存并返回畫布。
3. 重復 1 ~ 4 步完成另外兩臺設備 (d1，d2) 流程。
增加信息輸出
1. 在節點選擇區域選擇 debug 節點，拖動至畫布 td-writer 節點后。
2. 雙擊節點打開屬性設置，勾選“節點狀態”，下拉列表中選擇消息數量。

以上節點增加完成后，依次把上面節點按順序連接起來，形成一條流水線，數據采集流程制作完成。

點擊右上角“部署”按鈕發布修改內容，運行成功后可以看到：

td-writer 節點狀態變成綠色，表示流程工作正常。
debug 節點下的數字表示成功采集次數。

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向下游節點輸出寫入成功結果，若失敗拋出異常：

{"topic":  "insert into test.d1 values (now, 20, 203, 2);","isQuery":  false,"payload":{"affectRows": 1,"totalTime":  2,"timing":     "961982"}
}

數據查詢

查詢流程由三個節點（inject/tdengine-operator/debug）組成，完成每分鐘實時輸出各智能電表平均電流、電壓及用電量需求。
由 inject 節點完成觸發查詢請求，結果輸出至下游 debug 節點中，節點上顯示查詢執行成功數量。

操作步驟如下：

將 inject 節點拖動至畫布中，雙擊節點設置屬性，名稱填寫 ‘query’, msg.topic 填寫并保存并返回畫布：

select tbname, avg(current), avg(voltage), sum(p) 
from ( select tbname,current,voltage,current*voltage/60 as p from test.meters where  ts > now-60s partition by tbname)
group by tbname;

將 tdengine-operator 節點拖動至畫布中，雙擊節點設置屬性，“數據庫”選擇前面已創建好的數據源 ‘db-server’，保存并返回畫布。
將 debug 節點拖動至畫布中，雙擊節點設置屬性，勾選“節點狀態”，下拉列表中選擇“消息數量”，保存并返回畫布。
依次把以上節點按順序連接起來，點擊“部署”按鈕發布修改內容。

流程啟動成功后：

td-reader 節點狀態變成“綠色”，表示流程工作正常。
debug 節點顯示查詢成功次數。

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向下游節點輸出查詢結果，若失敗拋出異常：

{"topic":  "select tbname,avg(current) ...","isQuery":  true,"payload": [{"tbname":      "d2","avg(current)": 26.7,"avg(voltage)": 235,"sum(p)":       6329},{"tbname":       "d0","avg(current)": 16.5,"avg(voltage)": 222,"sum(p)":       121},{"tbname":       "d1","avg(current)": 29,"avg(voltage)": 202,"sum(p)":       5833}]
}

數據訂閱

數據訂閱流程由兩個節點（tdengine-consumer/debug）組成，實現過載告警。
debug 節點展示向下游節點推送數據次數，生產中可把 debug 節點更換為處理訂閱數據的功能節點。

操作步驟如下：

使用 taos-CLI 手工創建訂閱主題”topic_overload“, SQL 如下：

create topic topic_overload as select tbname,* from test.meters where current > 25 or voltage > 230;

tdengine-consumer 節點拖動至畫布中，雙擊節點設置屬性，填寫如下內容后保存并返回畫布。
- 名稱：td-consumer
- 訂閱服務器：ws://www.example.com:6041
- 用戶名：root
- 密碼：taosdata
- 訂閱主題：topic_overload
- 消費開始位置：latest
- 其它項保持默認
將 debug 節點拖動至畫布中，雙擊節點設置屬性，勾選“節點狀態”，下拉列表中選擇“消息數量”，保存并返回畫布。
依次把以上節點按順序連接起來，點擊”部署“按鈕發布修改內容。

流程啟動成功后可看到 td-consumer 節點狀態變成“綠色”表示流程工作正常，debug 節點數字表示消費次數，如下圖：

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向下游節點推送的過載設備警告信息，若失敗拋出異常：

{"topic": "topic_overload","payload": [{"tbname":   "d1","ts":       "1750140456777","current":  31,"voltage":  217,"phase":    2,"groupid":  4,"location": "California.MountainView"}],"database":  "test","vgroup_id": 4,"precision": 0
}