Západočeská univerzita v Plzni Fakulta aplikovaných věd Katedra kybernetiky. v historických budovách

Z´ apadoˇ cesk´ a univerzita v Plzni Fakulta aplikovan´ ych vˇ ed Katedra kybernetiky

´ PRACE ´ DIPLOMOVA

Mˇeˇric´ı a poradn´ı systém pro vˇetrán´ı v historických budovách

Plzeˇ n, 2010

ˇ Michal Sirok´ y

´ SEN ˇ Í PROHLA Pˇredkládám k posouzen´ı a obhajobˇe diplomovou práci zpracovanou na závˇer studia na Fakultˇe aplikovan´ ych vˇed Západoˇceské univerzity v Plzni. Prohlaˇsuji, ˇze jsem diplomovou práci vypracoval samostatnˇe a v´ yhradnˇe s pouˇzit´ım odborné literatury a pramen˚ u, jejichˇz u ´pln´ y seznam je jej´ı souˇca´st´ı.

V Plzni dne 21. kvˇetna 2010

Anotace Tato diplomová práce se zab´ yvá návrhem a realizac´ı mˇeˇric´ıho a poradn´ıho systému pro udrˇzován´ı pˇr´ıznivého klimatu v historick´ ych budovách pomoc´ı monitorován´ı parametr˚ u ´ vzduchu a doporuˇcován´ı správného zp˚ usobu vˇetrán´ı. Uloha je ˇreˇsena na konkrétn´ım pˇr´ıpadˇe budovy konventu b´ yvalého cisterciáckého kláˇstera v Plas´ıch. Práce se vˇenuje popisu problém˚ u památkov´ ych budov s vysokou vzduˇsnou vlhkost´ı a pˇricház´ı s moˇznost´ı jejich ˇreˇsen´ı. Je zde popsán návrh bezdrátového mˇeˇric´ıho systému ˇ a speciálnˇe vyvs pouˇzit´ım hardware M-Board vyvinutého na Katedˇre kybernetiky ZCU inutého software v jazyce Java. Realizovan´ y mˇeˇric´ı systém je um´ıstˇen a u ´spˇeˇsnˇe provozován v budovˇe konventu NKP Kláˇster Plasy. V´ ysledky jsou uvedeny v závˇeru této práce. Kl´ıˇcová slova: kláˇster Plasy, konvent, vlhkost, teplota, rosn´ y bod, voda, vzduch, vˇetrán´ı, M-Board, Microlog, Java, ZigBee, XML-RPC, PDF, SVG, XML, bezdrátov´ y mˇeˇric´ı systém, NetBeans, Eclipse, IAR.

Annotation This diploma thesis concerns the design and realization of measurement and expert system to keep favourable climatic conditions inside of historical buildings by monitoring parametres of air and recommending the correct manners of ventilation. This problem is being solved on the example of the convent building of the former Cistercian monastery in Plasy. The work describes the problem of high air humidity which is common in most of historical buildings and comes with a solution. It describes design of wireles measurement system which uses a hardware device called M-Board – developed in the Department of Cybernetics of the University of West Bohemia – and custom-made software in Java language. Implemented measurement system has been sucessfully installed and run in convent of the Plasy Monastery. The results are presented in the conclusion of this thesis. Key words: Plasy monastery, convent, humidity, temperature, dew point, water, air, ventilation, M-Board, Microlog, Java, ZigBee, XML-RPC, PDF, SVG, XML, wireless measurement system, NetBeans, Eclipse, IAR.

Na tomto m´ıstˇe dˇekuji vedouc´ımu této práce, panu Doc. Ing Eduardu Janeˇckovi, CSc ˇ se kter´ a dále pak Ing. Ondˇreji Jeˇzkovi a Ing. Tomáˇsi Pernému z KKY FAV ZCU, ymi jsem konzultoval nˇekteré postupy ve své práci a také zamˇestnanc˚ um NKP Kláˇster Plasy: Mgr. Pavlu Duchoˇ novi, Mgr. Sylvˇe Kroˇcákové, Zdeˇ nku Formanovi a Martinˇe Hoˇskové, kteˇr´ı dopomohli u ´spˇeˇsnému zprovoznˇen´ı vyvinutého mˇeˇric´ıho systému v budovˇe konventu ˇ akovi z firmy SPELEO. plaského kláˇstera a také Josefu Reh´

Obsah ´ 1 Uvod 1.1 C´ıle práce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 Problémy klimatu v památkov´ ych budovách 1.3 Kláˇster Plasy . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4 Pˇredchoz´ı ˇreˇsen´ı problému . . . . . . . . . . 1.4.1 Shrnut´ı pˇredchoz´ıch v´ ysledk˚ u . . . . 1.5 Nov´ y mˇeˇric´ı systém . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

2 Pˇ r´ıprava ˇ reˇ sen´ı 2.1 V´ yvojové nástroje . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.1 Programován´ı M-Boardu . . . . . . . . . . 2.1.2 Tvorba aplikace pro PC . . . . . . . . . . 2.2 Dalˇs´ı hardwarové prvky systému . . . . . . . . . . ˇ 2.2.1 Cidla teploty a relativn´ı vlhkosti vzduchu . 2.2.2 Moduly bezdrátové komunikace . . . . . . 2.2.3 Napájen´ı systému . . . . . . . . . . . . . . 2.3 Pouˇzité softwarové knihovny tˇret´ıch stran . . . . . 2.3.1 Vizualizace dat . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.2 Export graf˚ u do vektorov´ ych formát˚ u . . . 2.3.3 Práce s XML soubory . . . . . . . . . . . 2.3.4 Komunikace pˇres sériovou linku . . . . . . 2.3.5 Komunikace pomoc´ı XML-RPC . . . . . . 2.3.6 Nejmenˇs´ı ˇctverce . . . . . . . . . . . . . . 2.3.7 Ikony . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 V´ yvoj Software pro PC 3.1 Reprezentace dat . . . . . . . . . . 3.2 Reprezentace ˇcasu . . . . . . . . . . 3.2.1 Operace s ˇcasem . . . . . . 3.2.2 Intervaly . . . . . . . . . . . 3.3 Uchováván´ı dat v operaˇcn´ı pamˇeti . 3.4 Zpracován´ı dat . . . . . . . . . . . 3.4.1 Zlomek . . . . . . . . . . . . 3.4.2 Rosn´ y bod . . . . . . . . . . 3.5 Export dat . . . . . . . . . . . . . . 3.6 Vizualizace dat . . . . . . . . . . . 3.7 Editor vizualizaˇcn´ıch profil˚ u . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

4 Mˇ eˇ ric´ı aplikace 4.1 Server . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1.1 Ovládán´ı mˇeˇric´ıho zaˇr´ızen´ı . . . . . . . . 4.2 Klient . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.1 Automatická komunikace se serverem . . 4.2.2 Sledován´ı hodnot a informován´ı uˇzivatele

5

. . . . . . . . . . .

. . . . .

. . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . .

. . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . .

. . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . .

. . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . .

. . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . .

. . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . .

. . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . .

. . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . .

. . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . .

. . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . .

. . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . .

. . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . .

. . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . .

. . . . . .

7 7 7 7 9 9 13

. . . . . . . . . . . . . . .

15 15 15 15 17 17 17 17 17 18 18 19 19 19 19 19

. . . . . . . . . . .

19 20 20 20 24 25 27 30 32 33 35 38

. . . . .

38 39 42 42 43 46

5 V´ yvoj software pro M-Board 5.1 Uchováván´ı dat v operaˇcn´ı pamˇeti . ˇ ızen´ı bˇehu programu . . . . . . . 5.2 R´ 5.3 Mˇeˇren´ı . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4 Komunikace . . . . . . . . . . . . . 5.5 Zas´ılán´ı dat . . . . . . . . . . . . .

. . . . .

47 47 48 49 49 50

. . . . .

50 50 52 53 54 54

7 Instalace mˇ eˇ ric´ıho syst´ emu 7.1 Instalace hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2 Instalace software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3 Ukázka namˇeˇren´ ych dat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

55 55 57 59

8 Z´ avˇ er

61

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

6 Pˇ r´ıprava hardware ´ 6.1 Uprava mˇeˇric´ı karty . . . . . . . . . . . . . 6.2 Zapojen´ı a napájen´ı ˇcidel . . . . . . . . . . 6.3 Nastaven´ı modul˚ u bezdrátové komunikace 6.4 Kalibrace ˇcidel . . . . . . . . . . . . . . . 6.5 Drˇzák a kryt venkovn´ıho ˇcidla . . . . . . .

6

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

´ Uvod

1 1.1

C´ıle pr´ ace

C´ılem této diplomové práce je navrhnout a realizovat mˇeˇric´ı a poradn´ı systém, kter´ y usnadn´ı udrˇzován´ı pˇr´ıznivého klimatu v historick´ ych a památkov´ ych budovách pomoc´ı monitorován´ı parametr˚ u vzduchu a doporuˇcován´ı správného zp˚ usobu vˇetrán´ı.

1.2

Probl´ emy klimatu v pam´ atkov´ ych budov´ ach

V této ˇca´sti je tˇreba upˇresnit, pro jak´ y typ budov je systém zam´ yˇslen. Památkovou, ˇci historickou budovou, je myˇslena starˇs´ı stavba zaˇrazená do památkové ochrany. S takov´ ymi budovami se zpravidla poj´ı následuj´ıc´ı vlastnosti: • Stavba má silné obvodové zdivo, vˇetˇsinou kamenné, nebo cihlové. Chyb´ı tepelná izolace. • S ohledem na finanˇcn´ı nároˇcnost u ´drˇzby takové stavby, nejsou vˇetˇsinou interiéry pˇres zimu vytápˇeny. • V budovˇe je velmi ˇcasto zanedbané vˇetrán´ı. • V minulosti byly na budovˇe provádˇeny konstrukˇcn´ı u ´pravy, které mohly pˇrispˇet k vˇetˇs´ımu nasákán´ı zdiva vodou, ˇci zhorˇsen´ı moˇznost´ı ventilace interiéru. • P˚ uvodn´ı znalosti o zp˚ usobu u ´drˇzby budovy bud’ chyb´ı, nebo nen´ı moˇzné je pˇri souˇcasném stavu budovy aplikovat. Jako konkrétn´ı pˇr´ıpad takové budovy m˚ uˇze slouˇzit konvent b´ yvalého cisterciáckého kláˇstera v Plas´ıch.

1.3

Kl´ aˇ ster Plasy

Kláˇster v Plas´ıch (cca 25 km severnˇe od Plznˇe) byl zaloˇzen roku 1144 kn´ıˇzetem Vladislavem II. Cisterciáˇct´ı mniˇsi, kteˇr´ı následnˇe do Plas pˇriˇsli, zaloˇzili, v duchu stavebn´ı tradice svého ˇra´du, kláˇstern´ı budovy v u ´doln´ı nivˇe ˇreky Stˇrely. P˚ uvodn´ı budovy byly dˇrevˇené, od poˇca´tku 13. stolet´ı jiˇz kamenné. Souˇcasná podoba kláˇstera pocház´ı z nejvˇetˇs´ı ˇcásti z 18. stolet´ı. Budova konventu, která je pˇredmˇetem zájmu této práce, byla vystavˇena v barokn´ım slohu v 1. polovinˇe 18. stolet´ı a jej´ımi architekty byli Jan Blaˇzej Santini a Kilián Ignác Dientzenhoffer. Konvent je zaloˇzen na baˇzinatém podloˇz´ı. Pod traktov´ ymi zdmi budovy je zatluˇceno zhruba 5100 dubov´ ych pilot a na nich je poloˇzen´ y dubov´ y roˇst. Teprve na tomto roˇstu stoj´ı veˇskerá váha zdiva. Dˇrevˇen´ y roˇst je chránˇen pˇred hnit´ım tak, ˇze je neustále potopen pod vodou, která je pod budovu pˇrivádˇena pomoc´ı d˚ umyslného systému kanál˚ u. Pro sledován´ı stavu vody v základech slouˇz´ı dva bazény um´ıstˇené v rizalitech jiˇzn´ıho a severn´ıho schodiˇstˇe. Tyto bazény se naz´ yvaj´ı vodn´ı zrcadla. Pˇr´ıtomnost pomalu proud´ıc´ı vody pod budovou a otevˇrené vodn´ı hladiny uvnitˇr budovy s sebou nese nˇekolik problém˚ u. Jedn´ım z nich je trvale n´ızká (avˇsak pomˇernˇe stálá) teplota v pˇr´ızemn´ım patˇre konventu. Teplota v pˇr´ızem´ı je z velké ˇca´sti urˇcována teplotou vody, která se podle roˇcn´ıho obdob´ı 7

pohybuje v rozmez´ı 5 a 15◦ C. Teplota vzduchu v pˇr´ızem´ı m˚ uˇze vystoupat aˇz na 18◦ C. Voda ze zrcadel se odpaˇruje do vzduchu a zvyˇsuje jeho vlhkost. Vzduch, kter´ y do budovy pˇricház´ı z venˇc´ı a dostane se do styku se zdmi v pˇr´ızem´ı se ochlad´ı a pokud pˇredt´ım obsahoval pˇr´ıliˇs mnoho vodn´ı páry, vlhkost z tohoto schlazeného vzduchu na stˇenách zkondenzuje. Kondenzace vody na stˇenách a ve dˇrevˇené konstrukci hlavn´ıho schodiˇstˇe je velmi neˇza´douc´ı. V této práci se budu zab´ yvat metodou, která umoˇzn´ı minimalizovat riziko kondenzace vlhkosti v budovˇe.

Obrázek 1: P˚ udorys budovy konventu Na obrázku 1 je znázornˇena budova konventu z vyznaˇcen´ım jej´ıch hlavn´ıch ˇca´st´ı: 1. Nemocniˇcn´ı kˇr´ıdlo 2. Kapituln´ı s´ıˇ n 3. Rizalit severn´ıho schodiˇstˇe a severn´ı vodn´ı zrcadlo 4. Rajsk´ y dv˚ ur – Povrch rajského dvora je oproti vnˇejˇs´ımu terénu u ´myslnˇe nav´ yˇsen o cca 3 metry. Hmota navezené zeminy slouˇz´ı mimo jiné k akumulaci tepla v letn´ıch mˇes´ıc´ıch. 5. Rizalit jiˇzn´ıho schodiˇstˇe a jiˇzn´ı vodn´ı zrcadlo 6. Rizalit zimn´ı a letn´ı j´ıdelny Svˇetle ˇsedá plocha na p˚ udorysu vyznaˇcuje tzv ambitové chodby a ˇsachty hlavn´ıch schodiˇst’, které jsou hlavn´ımi cestami proudˇen´ı vzduchu v budovˇe. Na chodbách se nacház´ı celkem zhruba 150 oken, která je moˇzné vyuˇz´ıvat k vˇetrán´ı. Manipulace s okny je plnˇe manuáln´ı a pˇri otev´ırán´ı ˇci zav´ırán´ı vˇsech oken v 1. a 2. patˇre je v budovˇe nutné uj´ıt cca 600m.

8

Obrázek 2: Pohled na jihozápadn´ı kˇr´ıdlo konventu pˇres rajsk´ y dv˚ ur

1.4

Pˇ redchoz´ı ˇ reˇ sen´ı probl´ emu

Ve své bakaláˇrské práci z roku 2008 jsem se zab´ yval návrhem a realizac´ı prototypového technického zaˇr´ızen´ı, které bylo následnˇe od 13. dubna do 5. ˇcervna um´ıstˇeno v konventu a nepˇretrˇzitˇe zaznamenávalo teplotu a relativn´ı vlhkost vzduchu v pˇetiminutovém intervalu. Základem tohoto zaˇr´ızen´ı byl pr˚ umyslov´ y poˇc´ıtaˇc WinCon-8731 vybaven´ y dvˇema ˇcidly relativn´ı vlhkosti a teploty vzduchu Humirel HTM1735. Pomoc´ı WinConu byly mˇeˇreny vlastnosti vzduchu na chodbˇe v 1. nadzemn´ım podlaˇz´ı a u jihov´ ychodn´ı stˇeny ve v´ yˇsce cca 10m nad zem´ı. Soustava WinConu a ˇcidel byla dále doplnˇena dvˇema dataloggery relativn´ı vlhkosti a teploty vzduchu Microlog, které jsou v majetku NKP Kláˇster Plasy. Pomoc´ı tˇechto pˇr´ıstroj˚ u bylo moˇzné z´ıskat dostateˇcné mnoˇzstv´ı dat vypov´ıdaj´ıc´ıch o chován´ı vzduchu v budovˇe a reakc´ıch budovy na r˚ uzné zp˚ usoby vˇetrán´ı. 1.4.1

Shrnut´ı pˇ redchoz´ıch v´ ysledk˚ u

Podrobnˇejˇs´ı informace o budovˇe konventu, pouˇzit´ ych zaˇr´ızen´ıch a z´ıskan´ ych v´ ysledc´ıch v roce 2008 lze nalézt ve zmiˇ nované bakaláˇrské práci [1]. Zde se budu vˇenovat jen struˇcnému shrnut´ı z´ıskan´ ych v´ ysledk˚ u. Pro usnadnˇen´ı pochopen´ı dalˇs´ıho textu je jeˇstˇe nutné uvést a vysvˇetlit nˇekteré pojmy, které se t´ ykaj´ı kvality vzduchu a se kter´ ymi se bude dále pracovat. Znalosti t´ ykaj´ıc´ı se problematiky vlhkosti vzduchu jsem z´ıskal v [5]. V´ıce je tato problematika rozvedena v mé bakaláˇrské práci [1]. • Absolutn´ı vlhkost (%p ) – Hmotnost vodn´ı páry obsaˇzené v 1m3 vlhkého vzduchu • Relativn´ı vlhkost (ϕ, RH ) – Pomˇer mnoˇzstv´ı par aktuálnˇe obsaˇzen´ ych ve vzduchu k maximáln´ımu mnoˇzstv´ı par, které m˚ uˇze b´ yt ve vzduchu obsaˇzeno pˇri dané teplotˇe. • Rosný bod – Stav, pˇri kterém je vzduch nasycen vodn´ımi parami. Pod pojmem rosný bod se rozum´ı i teplota, pˇri které tento stav nastane. C´ılem pˇredchoz´ı bakaláˇrské práce bylo vytvoˇrit pravidla pro správné vˇetrán´ı v konventu tak, aby se bˇehem jarn´ıch a letn´ıch mˇes´ıc˚ u podaˇrilo budovu vnˇejˇs´ım vzduchem 9

co nejv´ıce vyhˇrát a souˇcasnˇe zamezit kondenzaci vzduˇsné vlhkosti v pˇr´ızemn´ım patˇre budovy. Pravidla formulovaná v závˇeru bakaláˇrské práce byla následuj´ıc´ı: 1. Aby se problém s vlhkost´ı vzduchu v pˇr´ızem´ı nezvyˇsoval, je moˇzné vˇetrat pouze tehdy, kdyˇz je rosn´ y bod vnˇejˇs´ıho (tedy vstupn´ıho) vzduchu niˇzˇs´ı, neˇz je teplota vzduchu pˇr´ıpadnˇe stˇen u vodn´ıch zrcadel, coˇz jsou nejstudenˇejˇs´ı m´ısta v budovˇe. 2. Aby doˇslo k ˇza´douc´ımu vyhˇrát´ı budovy, mˇelo by se vˇetrat tehdy, kdyˇz je teplota vnˇejˇs´ıho vzduchu vyˇsˇs´ı, neˇz teplota vzduchu ve druhém patˇre, coˇz je nejteplejˇs´ı m´ısto v budovˇe. Ideáln´ı je vˇetrat tehdy, pokud jsou obˇe v´ yˇse uvedená kritéria splnˇena. Zat´ımco splnˇen´ı druhého z nich je moˇzné ovˇeˇrit i bez mˇeˇric´ıch pˇr´ıstroj˚ u, ovˇeˇren´ı prvn´ı podm´ınky jiˇz vyˇzaduje pouˇz´ıt technické vybaven´ı. Měření - Konvent, jaro 2008 22,5 100,0 20,0 97,5 17,5

95,0 92,5

15,0

90,0 87,5

10,0

85,0 82,5

7,5

80,0 5,0

77,5 75,0

2,5

72,5

0,0

70,0 -2,5

67,5 65,0

-5,0

62,5

-7,5

60,0

Okna / dveře

1,00 0,75 0,50 0,25

Srážky - kumulace (mm)

30

125

25 100 20 75 15 50

10

25

5

0

0 14-IV

21-IV

28-IV

5-V

12-V

19-V

26-V

2-VI

Čas jižní zrcadlo - teplota (°C) 1. p uvnitř - rosný bod(°C)

jižní zrcadlo - relativní vlhkost (%) okna 1. p

okna 2. p

jižní zrcadlo - rosný bod (°C)

mříž - refektář

vydatnost srážek (mm/h)

1. p venku - rosný bod(°C) srážkový úhrn (mm)

Obrázek 3: Shrnut´ı mˇeˇren´ı z jara 2008, pouze vybrané veliˇciny

10

Srážky - vydatnost (mm / h)

0,00

Relativní vlhkost (%)

Teplota (°C)

12,5

Na obrázku 3 na stranˇe 10 je graf, kter´ y shrnuje data namˇeˇrená na jaˇre roku 2008. V grafu jsou znázornˇeny jen ty veliˇciny, které jsou v´ yznamné pro zjiˇst’ován´ı chován´ı vzduchu v budovˇe a reakc´ı budovy na vˇetrán´ı. Ve spodn´ı ˇcásti grafu jsou nav´ıc znázornˇeny ˇ ak deˇst’ové sráˇzky, které byly ve sledovaném obdob´ı namˇeˇreny meteostanic´ı firmy Josef Reh´ – SPELEO, um´ıstˇenou na rajském dvoˇre. Mˇeˇren´ı deˇst’ov´ ych sráˇzek jsou v této práci zveˇrejnˇena se souhlasem firmy SPELEO. Tato firma se v konventu zab´ yvá v´ yzkumem au ´drˇzbou vodn´ıho základového systému. Pro usnadnˇen´ı vizualizace namˇeˇren´ ych dat a syntézu pohledu na data z r˚ uzn´ ych zdroj˚ u jsem v pr˚ ubˇehu této diplomové práce vyvinul softwarovou aplikaci, která tyto u ´kony v´ yraznˇe urychluje a usnadˇ nuje. Aplikaci samotné se budeme vˇenovat pozdˇeji. Ve sledovaném obdob´ı byla budova provˇetrávána pouze na základˇe porovnáván´ı teploty vnˇejˇs´ıho a vnitˇrn´ıho vzduchu bez ohledu na jeho vlhkost. D´ıky tomu m˚ uˇzeme na grafu pozorovat situace, kdy se pˇri vˇetrán´ı nevˇedomky poruˇsovala prvn´ı podm´ınka, do budovy se dostával vlhk´ y vzduch, kter´ y se v pˇr´ızem´ı ochladil a voda z nˇej zkondenzovala na stˇenách a ve schodiˇsti u jiˇzn´ıho (a zˇrejmˇe i severn´ıho zrcadla, kde ale jiˇz nen´ı schodiˇstˇe). Zv´ yˇsená vlhkost vnˇejˇs´ıho vzduchu byla napˇr´ıklad 29. dubna, 5. aˇz 6. kvˇetna a 15. aˇz 18. kvˇetna. V tˇechto pˇr´ıpadech vˇsak byla vysoká vzduˇsná vlhkost doprovázena deˇst’ov´ ymi sráˇzkami a v takov´ ych pˇr´ıpadech se podle zvyklosti nevˇetrá. Vlhk´ y vzduch tak byl udrˇzen mimo budovu a na grafu je vidˇet, ˇze se rosn´ y bod (kter´ y také vyjadˇruje absolutn´ı vlhkost vzduchu) uvnitˇr budovy nezv´ yˇsil. Ve sledovaném obdob´ı se ale také nacház´ı u ´sek od květen 2008 15

97

14

96

13

95

12

94

Teplota (°C)

92

10

91

9

90 8 89 7 88


93

11

6 87 5

86

4

85

3 14-V

15-V

16-V

17-V

18-V

19-V

20-V

Datum jižní zrcadlo - teplota (°C) 1. p venku - rosný bod(°C)

jižní zrcadlo - relativní vlhkost (%)


1. p uvnitř - rosný bod(°C)

Obrázek 4: D´ıky tomu, ˇze okna z˚ ustala zavˇrená, vlhk´ y vzduch se do konventu nedostal. 27. kvˇetna do 5. ˇcervna, kdy zv´ yˇsen´ y obsah vodn´ı páry ve vzduchu nebyl doprovázen deˇst’ov´ ymi sráˇzkami. Naopak bylo sluneˇcné a teplé poˇcas´ı. Déˇst’ pˇriˇsel aˇz 3. ˇcervna odpoledne. Do té doby v konventu prob´ıhalo témˇeˇr kaˇzd´ y den vˇetrán´ı okny a nav´ıc (od 30. kvˇetna) 11

také 24 hodin dennˇe mˇr´ıˇz´ı nade dveˇrmi zimn´ı j´ıdelny, která je v bl´ızkosti jiˇzn´ıho zrcadla. Vlhk´ y vzduch se tak dostával do budovy nepˇretrˇzitˇe a po nˇekolik dn´ı docházelo ke kondenzaci vodn´ı páry v prostoru u jiˇzn´ıho zrcadla. Tento stav je zachycen na obrázku 5. Mˇeˇric´ı systém, kter´ y byl pouˇzit v roce 2008 mohl sice podobné kritické situace zaznamekvěten až červen 2008 21

100,0

20

97,5

19

95,0

18 92,5 16

90,0

15

87,5

14

85,0

13 82,5 12 80,0

11


Teplota (°C)

17

77,5

10 9

75,0

8 72,5 7 70,0

Okna / dveře

1,00 0,75 0,50 0,25 0,00 25-V

26-V

27-V

28-V

29-V

30-V

31-V

1-VI

2-VI

3-VI

4-VI

5-VI

6-VI

Datum jižní zrcadlo - teplota (°C) 1. p venku - rosný bod(°C)

jižní zrcadlo - relativní vlhkost (%) 1. p uvnitř - rosný bod(°C)


okna 1. p

okna 2. p

mříž - refektář

Obrázek 5: Kv˚ uli neregulovanému vˇetrán´ı se dostal vlhk´ y vzduch do budovy nat, nemohl jim vˇsak u ´ˇcinnˇe zabránit, protoˇze mˇeˇrená data nebyla personálu dostupná v reálném ˇcase. Nejvˇetˇs´ı dostupnost mˇeˇren´ ych dat poskytovala mˇeˇric´ı soustava s poˇc´ıtaˇcem WinCon, která mˇela vlastn´ı display, na kterém byl zobrazován pr˚ ubˇeh mˇeˇren´ ych veliˇcin, avˇsak toto zaˇr´ızen´ı bylo (z d˚ uvod˚ u a omezen´ı uveden´ ych v [1] um´ıstˇeno v m´ıstnosti cca 100 metr˚ u vzdálené od kanceláˇre správy objektu, kde se nacház´ı personál schopn´ y okna zav´ırat a otev´ırat. Dostupnost dat v reálném ˇcase je jednou z hlavn´ıch vlastnost´ı nového mˇeˇric´ıho systému, jehoˇz návrh a realizace je pˇredmˇetem zájmu této diplomové práce.

12

1.5

Nov´ y mˇ eˇ ric´ı syst´ em

Nov´ y mˇeˇric´ı systém by mˇel splˇ novat tyto poˇzadavky: 1. Systém by mˇel b´ yt schopen v konventu pracovat kaˇzdoroˇcnˇe od dubna do záˇr´ı bez u ´drˇzby. 2. Systém by mˇel b´ yt schopen mˇeˇrit teplotu a relativn´ı vlhkost vzduchu na rajském dvoˇre a u jiˇzn´ıho vodn´ıho zrcadla. 3. Namˇeˇrená data by mˇela b´ yt dostupná personálu v kanceláˇri správy objektu v reálném ˇcase, pˇr´ıpadnˇe se zpoˇzdˇen´ım do 10 minut. Pˇrenos dat bude vyˇzadovat vyuˇzit´ı bezdrátov´ ych technologi´ı. 4. Nov´ y systém by mˇel b´ yt levnˇejˇs´ı neˇz prototyp z roku 2008, jehoˇz celková cena (vˇcetnˇe datalogger˚ u p˚ ujˇcen´ ych od kláˇstera) byla cca 70 tis´ıc Kˇc. Jako velmi dobr´ y základ nového mˇeˇric´ıho systému se ukázalo b´ yt zaˇr´ızen´ı vyvinuté ve druhé polovinˇe roku 2008 ve spolupráci mezi Katedrou kybernetiky a Fakultou elektrotechnickou (viz [3]). T´ımto zaˇr´ızen´ım je univerzáln´ı mˇeˇric´ı a ˇr´ıdic´ı karta RCB-02, naz´ yvaná také M-Board M-Board je vybaven procesorem typu ARM, analogov´ ymi a digitáln´ımi vstupy a v´ ystupy a má velké moˇznosti konektivity (USB, RS232, ZigBee, Ethernet..) Pˇrednost´ı tohoto zaˇr´ızen´ı jsou jeho malé rozmˇery a pˇr´ıznivá cena (kolem 12 tis´ıc Kˇc). karta je schopna pracovat samostatnˇe, nebo jako rozhran´ı mezi PC a mˇeˇren´ ym/ˇr´ızen´ ym procesem. Na jaˇre roku 2009 bylo ke kartˇe M-Board uvolnˇeno SDK, které umoˇzn ˇuje pro kartu psát programy v jazyce C. Základn´ı rysy mˇeˇric´ıho systému postaveného kolem M-Boardu by tedy byly následuj´ıc´ı: 1. M-Board by byl um´ıstˇen u okna u jiˇzn´ıho schodiˇstˇe, kde je moˇzné jednoduˇse zajistit napájen´ı ze s´ıtˇe. 2. Pro mˇeˇren´ı vzduchu by byla pouˇzita ˇcidla z pˇredchoz´ı bakaláˇrské práce, která by byla pˇripojena k napˇet’ov´ ym vstup˚ um M-Boardu. 3. Na jednom ze dvou PC v kanceláˇri správy objektu by byl nainstalován program, kter´ y by z M-Boardu stahoval namˇeˇrená data a slouˇzil by jako poradn´ı systém pro doporuˇcován´ı vˇetrán´ı. Komunikace mezi kartou a PC by byla zajiˇstˇena pomoc´ı ZigBee, které by teoreticky mˇelo b´ yt schopné fungovat za dan´ ych podm´ınek na danou vzdálenost. 4. Mˇeˇric´ı systém by mˇel vyˇzadovat pouze minimáln´ı u ´drˇzbu a mˇel by b´ yt maximálnˇe robustn´ı. Aplikace na stoln´ım PC by mˇela fungovat samostatnˇe a provádˇet stahován´ı, vyhodnocován´ı a archivaci dat i bez zásahu uˇzivatele. Náˇcrt zm´ınˇené situace se nacház´ı na obrázku 6 na stranˇe 14. Vzdálenost mezi komunikuj´ıc´ımi zaˇr´ızen´ımi je vzduˇsnou ˇcarou cca 30 metr˚ u.

13

Obrázek 6: Um´ıstˇen´ı hlavn´ıch prvk˚ u mˇeˇric´ıho systému a znázornˇen´ı bezdrátové komunikace mezi M-Boardem (zelen´ y obdéln´ık) u jiˇzn´ıho zrcadla a PC (ˇzlut´ y monitor) v kanceláˇri.

Obrázek 7: Univerzáln´ı mˇeˇric´ı a ˇr´ıdic´ı karta M-Board.

14

2

Pˇ r´ıprava ˇ reˇ sen´ı

2.1 2.1.1

V´ yvojov´ e n´ astroje Programov´ an´ı M-Boardu

Ke psan´ı mˇeˇric´ı aplikace pro M-Board jsem vyuˇz´ıval v´ yvojové prostˇred´ı Eclipse [24] s pluginem M-SDK, vyvinut´ ym na Katedˇre kybernetiky (KKY). Jedná se o sadu ovladaˇc˚ u pro hardware M-Boardu. M-Board se následnˇe programuje v jazyce C. K závádˇen´ı programu do M-Boardu a odlad’ován´ı jsem vyuˇz´ıval IAR Embedded Workbench for ARM [23] nainstalovan´ y na poˇc´ıtaˇci v laboratoˇri UL509. Své postupy t´ ykaj´ıc´ı se práce na M-Boardu jsem konzultoval s Ing. Ondˇrejem Jeˇzkem a Ing. Tomáˇsem Pern´ ym z KKY. Podrobnˇejˇs´ı a aktuáln´ı informace o v´ yvojov´ ych nástroj´ıch pro vytváˇren´ı aplikac´ı pro M-Board m˚ uˇzete nalézt na adrese http://www.rexcontrols.cz/devzone. Plugin M-SDK jsem obdrˇzel pˇr´ımo od Ing. Jeˇzka. 2.1.2

Tvorba aplikace pro PC

V´ ybˇer programovac´ıho jazyka a v´ yvojov´ ych prostˇredk˚ u se odv´ıj´ı od poˇzadavk˚ u na tuto aplikaci: 1. Dostateˇcné schopnosti vizualizace mˇeˇren´ ych dat (jak v reálném ˇcase, tak i dat z archiv˚ u). 2. Moˇznost exportu grafu do bitmapov´ ych i vektorov´ ych formát˚ u (nejlépe PNG, PDF a SVG) 3. Schopnost aplikace komunikovat se sériovou linkou 4. Snadná instalace, nezab´ıraj´ıc´ı mnoho diskového prostoru, maximáln´ı robustnost a stabilita 5. Dlouhá ˇzivotnost aplikace napˇr´ıˇc verzemi operaˇcn´ıch systém˚ u 6. Preferována multiplatformita (schopnost fungovat na r˚ uzn´ ych operaˇcn´ıch systémech (kromˇe Windows zejména na Linuxu) Zvolen´ y programovac´ı jazyk by mˇel umoˇznit rychl´ y a jednoduch´ y v´ yvoj aplikace a vˇsechny softwarové v´ yvojové prostˇredky by mˇely b´ yt dostupné zdarma bez omezen´ı i pro komerˇcn´ı vyuˇzit´ı (nejen napˇr´ıklad pro studenty). V´ ybˇer programovac´ıho jazyka a v´ yvojov´ ych nástroj˚ u jsem provádˇel na pˇrelomu roku 2008 a 2009 a do uˇzˇs´ıho v´ ybˇeru se dostaly Java od firmy Sun a jazyk C# od firmy Microsoft. Problémem varianty od Microsoftu vˇsak bylo, ˇze i lehká a bezplatná verze v´ yvojového prostˇred´ı - Visual Studio Express 1 vyˇzaduje kolem 1GB instalaˇcn´ıho prostoru a i pro bˇeh v´ ysledné aplikace na uˇzivatelském2 PC je nutné nainstalovat .NET Framework v pˇr´ısluˇsné verzi a ve v´ ysledku je velikost instalace na uˇzivatelském PC vˇetˇs´ı, neˇz v pˇr´ıpadˇe jazyka Java. 1

http://www.microsoft.com/express/Windows/ jak´ ykoliv poˇc´ıtaˇc, na kterém m´ a b´ yt aplikace finálnˇe vyuˇz´ıvána, ne poˇc´ıtaˇc na kterém prob´ıhá v´ yvoj aplikace 2

15

Multiplatformita program˚ u napsan´ ych v jazyce Java je jiˇz léty provˇeˇrená, zat´ımco zajiˇst’ován´ı bˇehu aplikac´ı napsan´ ych pro platformu .NET napˇr´ıklad na jiˇz zmiˇ novaném Linuxu je nyn´ı jeˇstˇe v zaˇca´tc´ıch, nicménˇe rychle se rozv´ıjej´ıc´ı d´ıky projektu Mono 3 . Z d˚ uvodu zajiˇstˇen´ı dlouhodobé udrˇzovatelnosti programu, menˇs´ıch systémov´ ych nárok˚ u a vˇetˇs´ıch moˇznost´ı nasazen´ı v´ ysledné aplikace na r˚ uzn´ ych operaˇcn´ıch systémech jsem se rozhodl pro jazyk Java. D˚ uvody, pro které jsem tento jazyk zvolil nepˇrestaly existovat ani ve chv´ıli, kdy na jaˇre roku 2009 byla firma Sun koupena firmou Oracle. Pro Javu lze vyuˇz´ıt tˇri hlavn´ı volnˇe ˇsiˇritelná v´ yvojová prostˇred´ı: 1. NetBeans (komunitou vyv´ıjené prostˇred´ı pod záˇstitou firmy Sun, dnes Oracle), [22] NetBeans je pˇrehledné a jednoduˇse pouˇzitelné v´ yvojové prostˇred´ı podporuj´ıc´ı ˇradu jazyk˚ u (Java (primárnˇe), C, C++, xml, html, css a dalˇs´ı). Disponuje vysoce kvalitn´ım integrovan´ ym editorem grafického uˇzivatelského rozhran´ı (GUI4 ) pro grafickou knihovnu Swing. Do verze 6.7.5 byl pro NetBeans poskytován jako plugin UML editor umoˇzn ˇuj´ıc´ı reverse engineering a generován´ı kódu pro jazyk Java. Tento plugin vˇsak jiˇz nen´ı komunitou dále udrˇzován a od verze NetBeans 6.8 (vyˇsla 10. prosince 2009) nen´ı moˇzné jej do prostˇred´ı nainstalovat z d˚ uvodu nekompatibility. Instalace NetBeans pro v´ yvoj v jazyce Java potˇrebuje cca 250 MB diskového prostoru. NetBeans bez problém˚ u pracuje i na mal´ ych obrazovkách s mal´ ym rozliˇsen´ım (napˇr´ıklad u netbook˚ u obvykl´ ych 1024 x 600 bod˚ u). NetBeans nav´ıc disponuj´ı skvˇel´ ym profilerem, kter´ y umoˇzn ˇuje optimalizovat rychlost vyv´ıjené aplikace a jej´ı systémové nároky. 2. Eclipse (komunitou vyv´ıjené prostˇred´ı pod záˇstitou IBM), [24] Eclipse, podobnˇe jako NetBeans je v´ yvojové prostˇred´ı podporuj´ıc´ı v´ıce jazyk˚ u. Existuje pro nˇej obrovské mnoˇzstv´ı plugin˚ u, mezi kter´ ymi jsou napˇr´ıklad UML a GUI editory. Eclipse disponuje vˇetˇs´ım mnoˇzstv´ım funkc´ı a vˇetˇs´ı rozˇsiˇritelnost´ı neˇz NetBeans. Mnoˇzstv´ı funkc´ı v tomto pˇr´ıpadˇe b´ yvá na u ´kor pˇrehlednosti. Poˇzadavky na diskov´ y prostor jsou obdobné jako u NetBeans. Problém nastává tehdy, pokud chceme GUI editor, kter´ y je spolehliv´ y a zdarma bez omezen´ı. V souˇcasné dobˇe takov´ y nen´ı pro Eclipse k dispozici. Velké mnoˇzstv´ı dialogov´ ych oken v Eclipse potˇrebuje obrazovku vyˇsˇs´ı neˇz 600 bod˚ u a nelze je zmenˇsit. tato vlastnost ˇcin´ı práci s Eclipse na netbooku nepohodlnou ˇci nemoˇznou. Pro Eclipse existuje volnˇe ˇsiˇriteln´ y profiler, avˇsak nedosahuje moˇznost´ı profileru v NetBeans. 3. JDeveloper od firmy Oracle, [25] JDeveloper je primárnˇe zamˇeˇren na jazyk Java a v´ yvoj enterprise aplikac´ı urˇcen´ ych pro aplikaˇcn´ı servery. Podle pˇr´ısluˇsné edice disponuje i UML a GUI editorem. Na mal´ ych obrazovkách nemá problémy. Plná edice JDeveloperu s GUI a UML editorem vˇsak vyˇzaduje cca 1GB diskového prostoru a i nároky na operaˇcn´ı pamˇet’ jsou vyˇsˇs´ı neˇz u NetBeans a Eclipse. Po odzkouˇsen´ı v´ yvojov´ ych prostˇred´ı jsem se rozhodl pro NetBeans, které poskytuje vysokou stabilitu a uˇzivatelsk´ y komfort, má integrované vˇsechny potˇrebné nástroje a je moˇzné jej 3 4

http://www.mono-project.com Graphical User Interface

16

bez problém˚ u provozovat i na netbooku a tak provádˇet testován´ı a u ´pravy vyv´ıjeného software jak v laboratoˇri, tak pˇr´ımo v terénu. GUI editor v NetBeans podporuje knihovny AWT a Swing, ale ne SWT, coˇz vˇsak v tomto pˇr´ıpadˇe nen´ı problém. UML diagramy ilustruj´ıc´ı strukturu vytvoˇreného software byly vytvoˇreny v editoru UMLet [21].

2.2 2.2.1

Dalˇ s´ı hardwarov´ e prvky syst´ emu ˇ Cidla teploty a relativn´ı vlhkosti vzduchu

Pro detekci teploty a relativn´ı vlhkosti vzduchu byla vyuˇzita obˇe ˇcidla Humirel HTM1735 pouˇz´ıvaná jiˇz v pˇredchoz´ı bakaláˇrské práci. Napˇet’ov´ y v´ ystup z ˇcidel byl mˇeˇren napˇet’ov´ ymi vstupy univerzáln´ı karty M-Board. 2.2.2

Moduly bezdr´ atov´ e komunikace

Bezdrátová komunikace mezi M-Board a PC s archivaˇcn´ı a vyhodnocovac´ı aplikac´ı byla zajiˇstˇena pomoc´ı dvou modul˚ u bezdrátové komunikace XBee XB24ASI, které umoˇzn ˇuj´ı montáˇz extern´ı antény s konektorem RP-SMA. K propojen´ı PC se ZigBee modulem byl vyuˇzit interface XBeeU zakoupen´ y od firmy Snail Instruments [34] , kter´ y slouˇz´ı jako pˇrevodn´ık z USB na sériovou linku a napájen´ı ZigBee modulu XBee. Toto zaˇr´ızen´ı bylo vybráno na základˇe konzultace s Ing. Jeˇzkem. Pro správnou práci interface s PC je nutné nainstalovat ovladaˇc obvodu FT232R ze stránek jeho v´ yrobce http://www.ftdichip.com. Dokumentaci k XBee modulu a konfiguraˇcn´ı aplikaci X-CTU lze z´ıskat na stránkách v´ yrobce tohoto modulu http://www.digi.com. K XBee modulu na stranˇe Mˇeˇric´ı karty byla pˇripojena anténa TP-LINK TL-ANT2405C. Jedná se o anténu se ziskem 5dB a kabelem o délce cca 1m. XBee modul na stranˇe PC je vybaven anténou z domác´ıho WiFi AP od firmy D-Link. 2.2.3

Nap´ ajen´ı syst´ emu

Pro napájen´ı ˇcidel a M-Boardu byl vyuˇzit stabilizovan´ y s´ıt’ov´ y zdroj s v´ ystupn´ım napˇet´ım 5V a maximáln´ım dodávan´ ym proudem 1, 2A. Mˇeˇren´ım jsem zjistil, ˇze M-Board i s ˇcidly má pr˚ umˇern´ y odbˇer kolem 0, 2A, takˇze v´ ykon zm´ınˇeného zdroje je v´ıce neˇz dostaˇcuj´ıc´ı. Mˇeˇren´ı ovˇsem také ukázalo, ˇze zdroj pˇri zm´ınˇené zátˇeˇzi 0, 2 A má v´ ystupn´ı napˇet´ı 5, 36V. Tato hodnota jiˇz m˚ uˇze negativnˇe ovlivnit, ˇci poˇskodit pouˇzitá ˇcidla. Bylo proto nutné um´ıstit do obvodu do série s napájen´ ymi zaˇr´ızen´ımi Schottkyho diodu. Napˇet´ı na zdroji (mˇeˇrené za diodou) pˇri zátˇeˇzi je potom 4, 92V. Toto napˇet´ı je jiˇz vhodné pro napájen´ı ˇcidel i mˇeˇric´ı karty (pˇres USB konektor). Detaily zapojen´ı a um´ıstˇen´ı ˇcidel, antén a dalˇs´ıch prvk˚ u systému budou zm´ınˇeny pozdˇeji.

2.3

Pouˇ zit´ e softwarov´ e knihovny tˇ ret´ıch stran

Pro jazyk Java existuje mnoho bez omezen´ı volnˇe ˇsiˇriteln´ ych softwarov´ ych knihoven, jejichˇz funkce je moˇzné pouˇz´ıvat v dalˇs´ıch Java aplikac´ıch. Pokud pro ˇreˇsen´ı nˇejakého u ´kolu potˇrebná knihovna existuje a jej´ı funkˇcnost je vyhovuj´ıc´ı, nen´ı zpravidla nutné se zab´ yvat v´ yvojem stejné funkce znovu.5 5

Pokud se ovˇsem cel´ y projekt net´ yk´ a v´ yvoje knihovny s poˇzadovanou funkˇcnost´ı.

17

Pro u ´ˇcely svého projektu jsem vyuˇzil knihovny tˇret´ıch stran pro zajiˇstˇen´ı funkc´ı v n´ıˇze uveden´ ych oblastech. Pouˇzit´ı jiˇz hotov´ ych knihoven nijak nesniˇzuje m˚ uj vlastn´ı pˇr´ınos. Mnou vytvoˇren´ y vlastn´ı kód ˇc´ıtá pˇres 200 tˇr´ıd a tvoˇr´ı dalˇs´ı samostatnou knihovnu, kterou je moˇzné vyuˇz´ıvat v dalˇs´ıch aplikac´ıch podobného typu, jako je tato. 2.3.1

Vizualizace dat

Pro zobrazován´ı graf˚ u jsem zvolil knihovnu JFreeChart [18], která poskytuje velké mnoˇzstv´ı funkc´ı a moˇznost´ı vizuáln´ı reprezentace dat. Mimo jiné je moˇzné zobrazovat jak ˇcasové ˇrady (Vzorky maj´ı konkrétn´ı ˇcasovou znaˇcku) tak i ˇrady ˇc´ıselné (Vzorky jsou ˇc´ıslovány a m˚ uˇze se jednat o poˇradové ˇc´ıslo vzorku, nebo ˇcas, kter´ y uplynul od zaˇca´tku mˇeˇren´ı). Knihovna samotná pak umoˇzn ˇuje export grafu do bitmapov´ ych formát˚ u PNG nebo JPG. Pro export do vektorov´ ych formát˚ u je moˇzné pouˇz´ıt dalˇs´ı knihovny zm´ınˇené n´ıˇze. K pouˇzit´ı JFreeChart je moˇzné na internetu naj´ıt celou ˇradu pˇr´ıklad˚ u (napˇr. [14]) nahrazuj´ıc´ıch oficiáln´ı dokumentaci, která na rozd´ıl od knihovny samotné nen´ı dostupná zdarma. 2.3.2

Export graf˚ u do vektorov´ ych form´ at˚ u

Bitmapové formáty jsou vhodné k prezentaci dat napˇr´ıklad na internetov´ ych stránkách, pokud vˇsak potˇrebujeme prezentovat grafy v tiˇstˇen´ ych dokumentech, je lepˇs´ı vyuˇz´ıt formáty vektorové. 1. Export do SVG (Scalable Vector Graphics) Formát SVG je zaloˇzen na popisu objekt˚ u a ˇcar uloˇzeném v textovém XML souboru. Existuj´ı pro nˇej volnˇe ˇsiˇritelné editory (napˇr´ıklad Inkscape) a jeho zobrazován´ı podporuj´ı napˇr´ıklad i souˇcasné verze webov´ ych prohl´ıˇzeˇc˚ u Internet Explorer, Opera a Firefox. Pro export graf˚ u z JFreeChart do SVG vyuˇz´ıvám knihovnu Batik [19]. Batik je ˇs´ıˇren pod licenc´ı Apache verze 2.0 [27]. Samotn´ y proces exportu graf˚ u z JFreeChart pomoc´ı Batiku do SVG s sebou nese jistou nev´ yhodu, která spoˇc´ıvá ve velk´ ych nároc´ıch na operaˇcn´ı pamˇet’ a dobu exportu. Experimentálnˇe jsem zjistil, ˇze pokud je v grafu kolem 200 tis´ıc vzork˚ u, export m˚ uˇze trvat aˇz nˇekolik minut, zabrat nˇekolik stovek MB RAM a v´ ysledn´ y soubor má (podle zvoleného rozliˇsen´ı) aˇz nˇekolik des´ıtek MB. Pˇr´ıpadné dalˇs´ı u ´pravy takto velk´ ych soubor˚ u (napˇr´ıklad v Inkscape) jsou velmi zdlouhavé. 2. Export do PDF (Portable Document Format) PDF je v dneˇsn´ı dobˇe velmi rozˇs´ıˇren´ y formát pro dokumenty vˇseho druhu. Pokud chceme graf exportovat do vektorového formátu a nepoˇc´ıtáme s dalˇs´ımi u ´pravami obrázku, je v´ yhodné provést export do PDF. K tomuto u ´ˇcelu vyuˇz´ıvám knihovnu iText verze 2.1.5. Do verze 2.1.7 byl iText distribuován pod licenc´ı LGPL [28]. Od prosince 2009 distribuce prob´ıhá pod licenc´ı AGPL [29], která neumoˇzn ˇuje vyuˇz´ıván´ı knihovny v projektech s neveˇrejn´ ym (uzavˇren´ ym) zdrojov´ ym kódem. Pro takové projekty nicménˇe existuje komerˇcn´ı licence.

18

2.3.3

Pr´ ace s XML soubory

Soubory ve formátu XML vyuˇz´ıvám k ukládán´ı konfigurac´ı aplikac´ı. Pro ˇcten´ı a zápis tˇechto soubor˚ u vyuˇz´ıvám knihovnu Jdom [15]. 2.3.4

Komunikace pˇ res s´ eriovou linku

Kl´ıˇcovou schopnost´ı mˇeˇric´ı aplikace je komunikace s mˇeˇric´ım zaˇr´ızen´ım pˇres sériovou linku (pˇres RS232 nebo USB). Java na rozd´ıl od v´ yˇse zmiˇ nované platformy Microsoft .NET nedisponuje vestavˇen´ ymi tˇr´ıdami pro komunikaci pˇres sériovou linku. Tento nedostatek je moˇzné ˇreˇsit vyuˇzit´ım knihovny RXTX [26]. 2.3.5

Komunikace pomoc´ı XML-RPC

Komunikaci mezi klientskou viditelnou ˇcást´ı aplikace a ˇca´st´ı pracuj´ıc´ı s daty a mˇeˇric´ım zaˇr´ızen´ım jsem se rozhodl ˇreˇsit pomoc´ı protokolu XML-RPC. Dva programy pak mezi sebou budou komunikovat jako XML-RPC server a klient. Pro realizaci komunikace pomoc´ı XML-RPC jsem zvolil implementaci Apache XML-RPC [16]. 2.3.6

ˇ sen´ı soustav rovnic pomoc´ı metody nejmenˇ Reˇ s´ıch ˇ ctverc˚ u

Pro ˇreˇsen´ı soustav rovnic vyuˇz´ıvám tˇr´ıdy (a metody) z knihovny Apache Commons Mathematics Library [17]. 2.3.7

Ikony

Grafické rozhran´ı aplikace jsem vybavil volnˇe ˇsiˇriteln´ ymi ikonami Crystal Icons [30] a nˇekter´ ymi ikonami vlastn´ımi.

3

V´ yvoj Software pro PC

Pˇri mˇeˇren´ı bude vznikat velké mnoˇzstv´ı dat, které bude nutné spolehliv´ ym a uˇzivatelsky pˇr´ıvˇetiv´ ym zp˚ usobem zpracovávat, archivovat a vizualizovat. V projektu nalezne uplatnˇen´ı jak aplikace, která bude zpracovávat mˇeˇren´ı pr˚ ubˇeˇznˇe, tak i aplikace pro offline vyhodnocován´ı a vizualizaci archivovan´ ych dat. Posledn´ı zm´ınˇená aplikace najde vyuˇzit´ı i pˇri publikaci z´ıskan´ ych v´ ysledk˚ u. Z d˚ uvod˚ u zv´ yˇsené stability by mˇela b´ yt mˇeˇric´ı aplikace na PC rozdˇelena na dva samostatné programy, které mezi sebou budou komunikovat. Prvn´ı z nich, kter´ y jehoˇz ˇcinnost bude bˇeˇznému uˇzivateli skryta, bude obstarávat komunikaci s mˇeˇric´ım zaˇr´ızen´ım, vyhodnocován´ı a archivaci. Druhá ˇca´st potom bude pracovat v grafickém reˇzimu a bude slouˇzit ke komunikaci uˇzivatele se zbytkem mˇeˇric´ıho systému. Pˇres tuto aplikaci bude moˇzné ovládat mˇeˇren´ı, a zobrazovat z´ıskávaná data. Tˇr´ıdy, které jsem vytvoˇril pro zajiˇstˇen´ı obecn´ ych funkc´ı mˇeˇric´ı aplikace, jsou um´ıstˇeny v knihovnˇe libdev, jej´ıˇz souˇca´sti jsou popsány zde:

19

3.1

Reprezentace dat

Snaˇzil jsem se, aby knihovna umˇela pracovat jak s ˇcasov´ ymi, tak i ˇc´ıseln´ ymi ˇradami. Pro mˇeˇren´ı bude primárnˇe vyuˇz´ıvána reprezentace dat jako ˇcasov´ ych ˇrad, ale moˇznost práce s ˇc´ıseln´ ymi ˇradami se vyuˇzije napˇr´ıklad pˇri kalibraci ˇcidel, kdy namˇeˇrené hodnoty nemus´ı b´ yt nutnˇe opatˇreny ˇcasovou znaˇckou, ale poˇradov´ ym ˇc´ıslem mˇeˇren´ı. Stejnˇe tak bude moˇzné pouˇz´ıt aplikaci ke zpracován´ı a zobrazován´ı dat z jin´ ych zdroj˚ u, napˇr´ıklad ze ˇ ˇr´ıdic´ıho a mˇeˇric´ıho systému REX vyv´ıjeného na Katedˇre kybernetiky ZCU. S ohledem na univerzálnost reprezentace je v knihovnˇe v hojné m´ıˇre vyuˇz´ıván polymorfismus. Základn´ı jednotkou reprezentuj´ıc´ı data je tˇr´ıda GeneralFloatingSample, která pˇredstavuje obecn´ y plovouc´ı vzorek. Plovouc´ı proto, ˇze je schopen existovat a b´ yt zpracováván samostatnˇe a nese vˇsechny informace, které jej zaˇrazuj´ı do pˇr´ısluˇsné datové ˇrady a urˇcuj´ı hodnotu pˇredstavované veliˇciny. Hodnota veliˇciny je desetinné ˇc´ıslo ve formátu double. Vlastnosti obecného plovouc´ıho vzorku jsou dále vyuˇz´ıvány a konkretizovány dalˇs´ımi dvˇema tˇr´ıdami: 1. TimeStampedFloatingSample – pro reprezentaci dat s ˇcasovou znaˇckou ˇ Casov´ a znaˇcka ve vzorku je ve formˇe odkazu na pˇr´ısluˇsnou instanci tˇr´ıdy Instant, která uchovává informaci o ˇcasovém okamˇziku v rozsahu tis´ıc˚ u (pˇr´ıpadnˇe i v´ıce) let s pˇresnost´ı na tis´ıciny vteˇriny. Na jednu instanci tˇr´ıdy Instant m˚ uˇze odkazovat v´ıce vzork˚ u souˇcasnˇe. 2. NumberedFloatingSample – pro reprezentaci dat s poˇradov´ ym ˇc´ıslem Poˇradové ˇc´ıslo je ve formátu double a m˚ uˇze se tedy jednat i o ˇc´ıslo desetinné. UML diagram znázorˇ nuj´ıc´ı zm´ınˇené tˇr´ıdy se nacház´ı na obrázku 8 na stranˇe 21.

3.2

Reprezentace ˇ casu

ˇ Casov´ a znaˇcka je reprezentována instanc´ı tˇr´ıdy Instant. Instant má pak v sobˇe odkazy na objekty tˇr´ıd Date (ne java.util.Date) a Time. UML diagram tˇr´ıd pro reprezentaci ˇcasu je na obrázku 9 na stranˇe 22. Objekt Date uchovává informace o datu v poloˇzkách year, month a day (rok, mˇes´ıc a den), které jsou ve formátu celého ˇc´ısla int. Objekt Time pak uchovává informace o ˇcase v poloˇzkách hours (int), minutes (int), seconds (double), a milliseconds (int). Poˇcet sekund v poloˇzce seconds odpov´ıdá poˇctu milisekund v poloˇzce milliseconds. Pˇri nastaven´ı hodnoty jedné z nich se pˇrepoˇcet a nastaven´ı druhé provede automaticky. 3.2.1

Operace s ˇ casem

Pro dalˇs´ı práci s daty bylo nutné implementovat metody pro pˇriˇc´ıtán´ı a odeˇc´ıtán´ı ˇcasu a rozhodován´ı, zda dan´ y ˇcasov´ y okamˇzik patˇr´ı do nˇejakého ˇcasového intervalu, nebo nikoli. Jazyk Java poskytuje pro práci s ˇcasem vestavˇenou tˇr´ıdu java.util.Calendar. Tato tˇr´ıda je v mé knihovnˇe vyuˇz´ıvána pˇri dekódován´ı ˇcasov´ ych znaˇcek z textov´ ych ˇretˇezc˚ ua v´ ypisu ˇcasov´ ych znaˇcek do textov´ ych ˇretˇezc˚ u. 20

NumberedFloatingSample -number: double +isInInterval(fSample: NumberedFloatingSample, interval: NumberInterval): boolean ... (gettery a settery pro atributy)

GeneralFloatingSample -label: String -value: double -newSourceStart: boolean -saved: boolean +setOrderer(orderer: Orderer) +getOrderer(): Orderer ... (gettery a settery pro atributy)

TimeStampedFloatingSample -instant: Instant TimeStampedFloatingSample() TimeStampedFloatingSample(seralizedSample: org.jdom.Element) toXMLElement(): org.jdom.Element +isInInterval(fSample: NumberedFloatingSample, interval: TimeInterval): boolean ... (gettery a settery pro atributy)

Obrázek 8: UML diagram tˇr´ıd pro reprezentaci datov´ ych vzork˚ u. V diagramu jsou uvedeny jen nˇekteré v´ yznamné atributy a metody. Vyuˇzit´ı metod tˇr´ıdy Calendar pro práci s ˇcasov´ ymi znaˇckami u vzork˚ u vˇsak nen´ı zcela vhodné z následuj´ıc´ıho d˚ uvodu: Calendar pracuje s reáln´ ym kalendáˇrem. To znamená, ˇze zohledˇ nuje pˇrestupné roky a letn´ı/zimn´ı ˇcas. Pokud napˇr´ıklad zjiˇst’ujeme rozd´ıl ˇcas˚ u mezi daty, z nichˇz pro jedno plat´ı zimn´ı a pro druhé letn´ı ˇcas6 , je k rozd´ılu automaticky pˇriˇctena, nebo naopak odeˇctena 1 hodina. Pˇri provádˇen´ı dlouhodobého mˇeˇren´ı je vˇsak zvyklost´ı pouˇz´ıvat po cel´ y rok stejn´ y ˇcas (nejlépe zimn´ı). Tento pˇr´ıstup je vyuˇz´ıván napˇr´ıklad na registraˇcn´ıch stanic´ıch firmy Fiedler-Mágr 7 . Metody, které provádˇej´ı ˇcasové operace poˇzadovan´ ym zp˚ usobem jsem implementoval ve tˇr´ıdách InstantUtils, TimeInterval a v jiˇz zm´ınˇen´ı tˇr´ıdˇe Instant v bal´ıku com.msiroky.chronology.time. Tˇr´ıda InstantUtils obsahuje metody, které poˇc´ıtaj´ı rozd´ıl a souˇcet ˇcas˚ u bez ohledu na pˇrechod mezi zimn´ım a letn´ım ˇcasem, pˇriˇcemˇz vstupn´ımi parametry jsou vˇzdy ˇcasy základn´ı (nˇejaké skuteˇcné datum a ˇcas) a potom ˇcasy pˇriˇc´ıtané nebo odeˇc´ıtané. V tˇechto metodách je moˇzné pracovat s pˇriˇc´ıtán´ım nebo odeˇc´ıtán´ım interval˚ u do délky 28 dn´ı, coˇz 6 7

Podle pravidel platn´ ych pro danou zemi/lokalizaci; Tato pravidla jsou vestavˇena do Javy. http://www.fiedler-magr.cz

21

Orderer isBefote(anotherOrderer: Orderer): boolean isAfter(anotherOrderer: Orderer): boolean isequals(anotherOrderer: Orderer): boolean

Instant +fromXMLElement(element: org.jdom.Element): Instant +parseInstant(timeString: String, formatString: String): Instant +isBefore(anotherInstant: Instant): boolean +isAfter(anotherInstant: Instant): boolean +equals(anotherInstant: Instant): boolean +isInInterval(fSample: NumberedFloatingSample, interval: TimeInterval): boolean +toJavaUtilDate(): java.util.Date +toString(formatString: String): String ... (gettery a settery pro atributy) 0..n

0..n

0..1

0..1 Date

Time -hours: Integer -minutes: Integer -milliseconds: Integer -seconds: Double -dst: Boolean +isBefore(anotherTime: Time): boolean +isAfter(anotherTime: Time): boolean +equals(anotherTime: Time): boolean ... (gettery a settery pro atributy)

-year: int -month: int -day: int +isBefore(anotherDate: Date): boolean +isAfter(anotherDate: Date): boolean +equals(anotherDate: Date): boolean ... (gettery a settery pro atributy)

InstantUtils +difference(instant1: Instant, instant2: Instant) +subtract(from: Instant, what: Instant) +addAsRealTime(base: Instant, timelength: Instant)

Obrázek 9: UML diagram tˇr´ıd pro reprezentaci ˇcasov´ ych u ´daj˚ u a provádˇen´ı operac´ı s nimi. V diagramu jsou uvedeny jen nˇekteré v´ yznamné atributy a metody.

22

je pro dan´ y u ´ˇcel postaˇcuj´ıc´ı. Delˇs´ı intervaly by pak znamenaly délku 1 mˇes´ıc ˇci delˇs´ı. Vzhledem k tomu, ˇze mˇes´ıce jsou r˚ uznˇe dlouhé, pˇri pˇriˇc´ıtán´ı napˇr´ıklad 3 mˇes´ıc˚ u by nebylo explicitnˇe zˇrejmé, které kalendáˇrn´ı mˇes´ıce a tedy kolik dn´ı se vlastnˇe bude pˇriˇc´ıtat ˇci odeˇc´ıtat. V´ ypoˇcetn´ı operace by pak nemˇela pro uˇzivatele pˇredv´ıdateln´ y v´ ysledek. Nav´ıc pro v´ ypoˇcty takového typu je moˇzné pouˇz´ıt tˇr´ıdu Calendar. Pokud by vˇsak bylo nutné rozˇs´ıˇrit rozsah zpracovávan´ ych ˇcasov´ ych interval˚ u, pˇr´ısluˇsná u ´prava stávaj´ıc´ıho zdrojového kódu metod ve tˇr´ıdˇe InstantUtils by trvala cca 15 minut. Pˇri v´ ypoˇcetn´ıch operac´ıch se zohledˇ nuje pˇrenos v´ ysledk˚ u do vyˇsˇs´ıch ˇra´d˚ u. Tˇr´ıda Instant obsahuje metody, které ˇcasov´ y interval do délky 28 dn´ı pˇrevedou do jeho délky v milisekundách a obrácenˇe (toMilliseconds(), millisecondsToInstant()). Dále jsou zde metody pro porovnáván´ı ˇcasov´ ych okamˇzik˚ u: 1. isBefore(anotherInstant: Instant): boolean – Vrac´ı true, pokud je dan´ y ˇcasov´ y okamˇzik pˇ red jin´ ym ˇcasov´ ym okamˇzikem anotherInstant. Nejprve se provede porovnán´ı hodnot v atributu Date. Pokud je datum u daného ˇcasového okamˇziku pˇred datem u anotherInstant, metoda vrac´ı true ihned. Pokud jsou hodnoty data stejné, pokraˇcuje se porovnán´ım atribut˚ u Time. Pokud je ˇcas daného okamˇziku pˇred ˇcasem v anotherInstant, metoda vrac´ı true. Porovnáván´ı dvou instanc´ı tˇr´ıd Date a Time se provád´ı pomoc´ı metod v tˇechto tˇr´ıdách. 2. isAfter(anotherInstant: Instant): boolean – Vrac´ı true, pokud je dan´ y ˇcasov´ y okamˇzik za jin´ ym ˇcasov´ ym okamˇzikem anotherInstant. Postup porovnáván´ı je obdobn´ y jako v pˇredchoz´ı metodˇe, jen s obrácen´ ym kritériem. 3. equals(anotherInstant: Instant): boolean – Vrac´ı true, pokud jsou ˇcasové okamˇziky shodné. Zde mus´ı b´ yt souˇcasná shoda v atributech Date i Time. Pro ilustraci je zde uveden zdrojov´ y kód metody isBefore(anotherDate: Date): boolean ve tˇr´ıdˇe Date a metody isBefore(anotherTime: Time): boolean ve tˇr´ıdˇe Time: public boolean isBefore(Date anotherDate) { if (this.year < anotherDate.getYear()) { return true; } else if ((this.year == anotherDate.getYear()) && (this.month < anotherDate.getMonth())) { return true; } else if ((this.year == anotherDate.getYear()) && (this.month == anotherDate.getMonth()) && (this.day < anotherDate.getDay())) { return true; } return false; } public boolean isBefore(Time anotherTime) { if (this.hours < anotherTime.getHours()) { return true; } else if ((this.hours == anotherTime.getHours()) && (this.minutes < anotherTime.getMinutes())) { 23

return true; } else if ((this.hours == anotherTime.getHours()) && (this.minutes == anotherTime.getMinutes()) && (this.milliseconds < anotherTime.getMilliseconds())) { return true; } return false; } 3.2.2

Intervaly

Základem práce s intervaly (ˇcasov´ ymi i ˇc´ıseln´ ymi) je tˇr´ıda GeneralInterval. Od n´ı jsou oddˇedˇeny tˇr´ıdy NumberInterval a TimeInterval. Vztahy mezi tˇemito tˇr´ıdami jsou znázornˇeny na obrázku 10 na stranˇe 25. Zde se budu bl´ıˇze vˇenovat intervalu ˇcasovému. ˇ Casov´ y interval má atributy zaˇcátek (start) a konec (end), coˇz jsou odkazy na objekty tˇr´ıdy Instant. Interval m˚ uˇze b´ yt zprava i zleva jak uzavˇren´ y, tak otevˇren´ y. Metody pro porovnáván´ı interval˚ u pracuj´ı následovnˇe: 1. startsAfter(interval: TimeInterval): boolean – Vrac´ı true, pokud dan´ y interval zaˇc´ıná aˇz po konci jiného intervalu, kter´ y je parametrem této metody. V souˇcasné implementaci této metody se uvaˇzuje, ˇze jsou oba intervaly uzavˇrené. 2. endsBefore(interval: TimeInterval): boolean – Vrac´ı true, pokud dan´ y interval konˇc´ı pˇred zaˇcátkem jiného intervalu. Pˇredpoklady jsou stejné jako v pˇredchoz´ım pˇr´ıpadˇe. 3. contains(instant: Instant): boolean – Vrac´ı true, pokud je ˇcasov´ y okamˇzik instant v daném intervalu obsaˇzen. Zde se jiˇz bere ohled na uzavˇrenost, ˇci otevˇrenost intervalu. Vnitˇrnˇe tato metoda volá metodu isInInterval(fSample: NumberedFloatingSample, interval: TimeInterval): boolean v objektu instant. Zjiˇstˇen´ı, zda se instant v intervalu nacház´ı lze zjistit i pˇr´ımo volán´ım této metody. Zdrojov´ y kód metody isInInterval() ve tˇr´ıdˇe Instant: public boolean isInInterval(TimeInterval interval) { if (interval == null) { return true; } boolean isAterStart = false; boolean isBeforeEnd = false; boolean equalsStart = false; boolean equalsEnd = false; if (interval.isLeftClosed()) { equalsStart = equals(interval.getStart()); } if (interval.isRightClosed()) { equalsEnd = equals(interval.getEnd()); } if (equalsStart || isAfter(interval.getStart())) { isAterStart = true; } if (equalsEnd || isBefore(interval.getEnd())) { isBeforeEnd = true; } return (isAterStart && isBeforeEnd); }

24

GeneralInterval -leftClosed: boolean -rightClosed: boolean +contains(orderer: Orderer): boolean ... (gettery a settery pro atributy)

NumberInterval -start: double -end: double +startsAfter(interval: NumberInterval): boolean +endsBefore(interval: NumberInterval): boolean +contains(number: double): boolean ... (gettery a settery pro atributy)

TimeInterval -start: Instant -end: Instant +startsAfter(interval: TimeInterval): boolean +endsBefore(interval: TimeInterval): boolean +contains(instant: Instant): boolean ... (gettery a settery pro atributy)

Obrázek 10: UML diagram tˇr´ıd pro reprezentaci interval˚ u. V diagramu jsou uvedeny jen nˇekteré v´ yznamné atributy a metody.

3.3

Uchov´ av´ an´ı dat v operaˇ cn´ı pamˇ eti

K uchováván´ı a organizaci datov´ ych vzork˚ u v operaˇcn´ı pamˇeti slouˇz´ı tˇr´ıdy DataPool a DataDrawer. DataDrawer je moˇzné si pˇredstavit jako ˇsupl´ık kartotéky, ve kterém jsou uloˇzena data vztahuj´ıc´ı se k jedné mˇeˇrené veliˇcinˇe / kanálu a jsou chronologicky seˇrazena. DataPool (nádrˇz na data) je potom jakousi skˇr´ın´ı plnou takov´ ych ˇsupl´ık˚ u. V knihovnˇe nen´ı ˇza´dné omezen´ı na poˇcet uloˇzen´ ych dat ani datov´ ych kanál˚ u. Ve zdrojov´ ych kódech je pro kanál vyuˇz´ıván pojem datové vlákno (data thread ). DataDrawer je vytvoˇren k uchováván´ı obecn´ ych datov´ ych vzork˚ u, takˇze je moˇzné jej pouˇz´ıt jak s ˇc´ıseln´ ymi, tak ˇcasov´ ymi datov´ ymi ˇradami. Ilustraci vztahu mezi tˇr´ıdami DataDrawer a DataPool je moˇzné vidˇet na obrázku 11 na stranˇe 26. DataDrawer je schopn´ y pracovat jak v dynamickém, tak statickém reˇzimu. Statick´ ym reˇzimem je myˇsleno, ˇze vˇsechna data z pˇr´ısluˇsného vlákna jsou do pamˇeti naˇctena najednou v jednom kroku, nebo vzniknou (také najednou) jako v´ ysledek nˇejaké v´ ypoˇcetn´ı operace. Dynamick´ y reˇzim potom znamená, ˇze data vznikaj´ı a jsou ukládána postupnˇe. Toto je napˇr´ıklad situace pˇri mˇeˇren´ı. Pro uchováván´ı odkaz˚ u na objekty tˇr´ıdy DataDrawer ve tˇr´ıdˇe DataPool a na objekty tˇr´ıdy GeneralFloatingSample ve tˇr´ıdˇe DataPool je vyuˇzita knihovn´ı tˇr´ıda Javy ArrayList. Vzorek je moˇzné vkládat bud’ pomoc´ı metod tˇr´ıdy DataPool, nebo pˇr´ımo pomoc´ı metod tˇr´ıdy DataDrawer, pokud si pˇredt´ım necháme podle názvu datového vlákna vrátit objektem Pool“ odkaz na pˇr´ısluˇsn´ y Drawer“. Pokud data vkládáme pˇres Pool, je pˇr´ısluˇsná ” ” Drawer vyhledán automaticky a pokud pro dané datové vlákno dosud neexistuje, je taktéˇz automaticky vytvoˇren. Pˇri vkládán´ı do Draweru jsou pak vzorky chronologicky ˇrazeny následuj´ıc´ım zp˚ usobem: 1. Pokud je Drawer prázdn´ y, vloˇz´ı se vzorek ihned bez dalˇs´ıch operac´ı. 2. Pokud jiˇz v Draweru nˇejaké vzorky jsou, pˇredpokládá se nejprve, ˇze vkládan´ y vzorek 25

DataPool -dataType: PlotType -dynamic: boolean +addData(newFSample: GeneralFloatingSample) +addData(data: ArrayList) +getOrCreateDataDrawer(label: String): DataDrawer +getData(interval: GeneralInterval, fillGaps: boolean): ArrayList +getLastNSamples(n: int): ArrayList ... (gettery a settery pro atributy)

data 0..n DataDrawer -label: String -maxNoOfSamples: int -data: ArrayList +addData(newFSample: GeneralFloatingSample) +getData(interval: GeneralInterval, fillGaps: boolean): ArrayList +getData( label: String, outLabel: String, range: Range, fill: boolean): ArrayList ... (gettery a settery pro atributy)

Obrázek 11: UML diagram tˇr´ıd pro uchováván´ı a organizaci dat v operaˇcn´ı pamˇeti. V diagramu jsou uvedeny jen nˇekteré v´ yznamné atributy a metody. je novˇejˇs´ı, neˇz ostatn´ı. Dojde tedy k porovnán´ı poˇrad´ı posledn´ıho vzorku v seznamu a vzorku vkládaného podle jejich indikátor˚ u poˇrad´ı (obecnˇe instance tˇr´ıdy Orderer). Pokud se pˇredpoklad potvrd´ı, je vzorek vloˇzen na konec seznamu. 3. Pokud nenastane ani jedna v´ yˇse zm´ınˇená varianta, je pomoc´ı algoritmu binárn´ıho vyhledáván´ı implementovaného v knihovnách Javy nalezeno m´ısto v chronologickém seznamu, do kterého dan´ y vzorek patˇr´ı. Aby mˇel algoritmus binárn´ıho vyhledáván´ı informaci o poˇrad´ı dvojic vzork˚ u, které porovnává, má k dispozici GeneralSampleOrderComparator, kter´ y implementuje rozhran´ı Comparator a vnitˇrnˇe pracuje s metodami pro porovnáván´ı, zm´ınˇen´ ymi v odd´ıle 3.2.1. M´ısto, do kterého vkládan´ y vzorek patˇr´ı, m˚ uˇze b´ yt prázdné (a pak je do nˇej rovnou vloˇzen) nebo m˚ uˇze jiˇz b´ yt obsazené jinou hodnotou, která patˇr´ı ke stejnému indikátoru poˇrad´ı. V takovém pˇr´ıpadˇe je stará hodnota vzorku pˇrepsána hodnotou novou. Pokud pracujeme v dynamickém reˇzimu, je moˇzné nastavit, kolik vzork˚ u z kaˇzdého vlákna má b´ yt uchováváno v pamˇeti. Pokud je v Draweru vzork˚ u v´ıce, stará data se z pamˇeti automaticky odstraˇ nuj´ı. Limit je moˇzné nastavit pro kaˇzd´ y drawer zvláˇst’, nebo pro vˇsechny najednou.

26

3.4

Zpracov´ an´ı dat

jak jiˇz bylo uvedeno v´ yˇse, knihovna libdev umoˇzn ˇuje data také zpracovávat. Zpracován´ı je moˇzné jak v dynamickém, tak statickém reˇzimu. V knihovnˇe jsou v souˇcasné dobˇe v bal´ıku com.msiroky.dataprocessing.operations.implemented operations implementované operace uvedené n´ıˇze. Rozsah p˚ usobnosti operac´ı lze upravit specifikac´ı intervalu, na kterém pracuj´ı. 1. Zlomek (Fraction) – jedná se o v´ ypoˇcet pod´ıl˚ u dvou polynom˚ u, kdy kaˇzd´ y z obou polynom˚ u m˚ uˇze b´ yt ve tvaru ! m X ai · xni i + a0 (1) i=1

kde xi m˚ uˇze b´ yt hodnota vzorku z jakéhokoliv datového vlákna a ni ai , a0 mohou b´ yt jakákoliv desetinná ˇc´ısla. Vstupn´ı vzorky musej´ı m´ıt stejn´ y indikátor poˇrad´ı (ˇcas nebo poˇradové ˇc´ıslo). Na stejn´ y indikátor potom ukazuje i vzorek, kter´ y je v´ ysledkem operace. 2. V´ ypoˇcet rosného bodu (Dewpoint) – Rosn´ y bod je poˇc´ıtán z hodnoty vzork˚ u v datov´ ych vláknech pˇredstavuj´ıc´ıch relativn´ı vlhkost v procentech a teplotu ve ◦ C. Indikátory poˇrad´ı se shoduj´ı stejnˇe, jako u pˇredchoz´ıho pˇr´ıpadu. 3. Suma (Sum) – Vstupem sumy jsou vzorky pouze jednoho datového vlákna. V´ ystupem je pak dalˇs´ı datové vlákno. Podle zvoleného rozsahu m˚ uˇze suma naˇc´ıtat hodnoty vzork˚ u neustále a pro kaˇzdé pˇriˇcten´ı vytvoˇrit vzorek nesouc´ı v´ ysledek, nebo seˇc´ıst hodnotu vˇzdy nˇekolika vzork˚ u a pro tento souˇcet vytvoˇrit jeden v´ ystupn´ı vzorek s indikátorem poˇrad´ı posledn´ıho pˇriˇc´ıtaného vzorku. Poté se hodnota sumy vynuluje a v´ ypoˇcet pokraˇcuje sˇc´ıtán´ım hodnot v dalˇs´ım bloku vzork˚ u. 4. Klouzav´ y pr˚ umˇer (MovingAverage) je moˇzné vyuˇz´ıt k základn´ımu vyhlazován´ı dat. Je moˇzné nastavit nˇekolik parametr˚ u v´ ypoˇctu: ˇıˇrku okénka (poˇcet vzork˚ • S´ u), ze kterého se pr˚ umˇer poˇc´ıtá • Krok (poˇcet vzork˚ u), o jak´ y se okénko mezi v´ ypoˇcty posouvá • V´ ystupn´ı pozici, která udává, jak´ y indikátor poˇrad´ı bude pˇriˇrazen ke vzorku nesouc´ımu hodnotu v´ ypoˇctu z daného okénka. 5. Vizuáln´ı spojován´ı (VisualConnection) slouˇz´ı k odstraˇ nován´ı vzork˚ u s hodnotami NaN (Not a Number). Pokud je totiˇz datové vlákno, ve kterém jsou vzorky s touto hodnotou, vizualizováno pomoc´ı JFreeChart, je na m´ıstˇe, kde je hodnota NaN, ˇca´ra grafu rozpojena. Tento jev je nˇekdy ˇza´douc´ı, pokud chceme zd˚ uraznit, ˇze v daném m´ıstˇe data nejsou, i kdyˇz by tam b´ yt mˇela. Pokud ale chceme tento jev odstranit, m˚ uˇzeme vyuˇz´ıt operaci VisualConnection, která vytvoˇr´ı nové datové vlákno a do nˇej pˇrekop´ıruje pouze vzorky, které maj´ı ne-NaN hodnotu. 6. Porovnán´ı (Comparison) porovnává hodnotu referenˇcn´ıho a porovnávaného datového vlákna v identick´ ych ˇcasov´ ych okamˇzic´ıch (nebo poˇradov´ ych ˇc´ıslech). V´ ysledek porovnán´ı, kter´ y je bud’ 1 nebo 0, je ukládán do jednoho v´ ystupn´ıho vlákna. Referenˇcn´ı 27

hodnotu m˚ uˇze pˇredstavovat i pevnˇe zadané desetinné ˇc´ıslo. Kolem referenˇcn´ı hodnoty je moˇzné nastavit pásmo o zvolené ˇs´ıˇrce, kdy pásmo pˇresahuje referenˇcn´ı hodnotu na obˇe strany právˇe o tuto ˇs´ıˇrku. Pásmo lze oznaˇcit za zakázané, nebo lze naopak zakázat fiktivn´ı plochu mimo pásmo. Dále je moˇzno nastavit, zda má b´ yt hl´ıdána horn´ı ˇci spodn´ı hranice pásma, ˇci oboje. • Pásmo je zakázané: Pokud je hl´ıdána pouze spodn´ı hranice pásma, je v´ ystupn´ı hodnota nastavena na 1, pokud je porovnávaná hodnota vˇ etˇ s´ı neˇz spodn´ı hranice pásma. Pokud je hl´ıdána pouze horn´ı hranice, pak je v´ ystupn´ı hodnota rovna 1, pokud je porovnávaná hodnota menˇs´ı, neˇz horn´ı hranice pásma. Pokud jsou hl´ıdány obˇe hranice, je na v´ ystupu operace jedniˇcka, pokud je porovnávaná hodnota uvnitˇ r pásma. • Pásmo je povolené: Pokud je hl´ıdána pouze spodn´ı hranice pásma, je v´ ystupn´ı hodnota nastavena na 1, pokud je porovnávaná hodnota menˇ s´ı neˇz spodn´ı hranice pásma. Pokud je hl´ıdána pouze horn´ı hranice, pak je v´ ystupn´ı hodnota rovna 1, pokud je porovnávaná hodnota vˇ etˇ s´ı, neˇz horn´ı hranice pásma. Pokud jsou hl´ıdány obˇe hranice, je na v´ ystupu operace jedniˇcka, pokud je porovnávaná hodnota mimo pásmo. 7. Nejmenˇs´ı ˇctverce (LeastSquares) – Metodu ˇreˇsen´ı soustavy rovnic pomoc´ı metody nejmenˇs´ıch ˇctverc˚ u nejˇcastˇeji vyuˇzijeme pˇri aproximaci nˇejaké kˇrivky polynomem – ’ napˇr´ıklad pˇri zjiˇst ován´ı statické charakteristiky ˇcidel. Pro ˇreˇsen´ı soustavy rovnic je vyuˇz´ıvána knihovna commons-math-2.1. Nyn´ı bude následovat popis vztah˚ u tˇr´ıd, které implementuj´ı v´ yˇse zm´ınˇené operace a detailnˇejˇs´ı popis implementace operac´ı Zlomek a Rosný bod. UML diagram tˇr´ıd se nacház´ı na obrázku 12 na stranˇe 29. Na obrázku 12 je vidˇet tˇr´ıda Operations, která slouˇz´ı ke správˇe a spouˇstˇen´ı vˇsech operac´ı v bˇeˇz´ıc´ı aplikaci. Pˇres objekt Operations je moˇzné hromadnˇe nastavovat objekt vyuˇz´ıvan´ y pro manipulaci s datov´ ymi vzorky – jejich naˇc´ıtán´ı a ukládán´ı v rámci operaˇcn´ı pamˇeti. Ve starˇs´ıch verz´ıch knihovny bylo toto rozhran´ı implementováno jednou tˇr´ıdou pro práci ve statickém a druhou tˇr´ıdou pro práci v dynamickém reˇzimu. V souˇcasné verzi aplikace se k tˇemto u ´ˇcel˚ um vyuˇz´ıvá DataPool, kter´ y implementuje potˇrebné rozhran´ı OperationDataHandler a je schopn´ y pracovat jak ve statickém, tak dynamickém reˇzimu. V dalˇs´ıch verz´ıch knihovny bude moˇzné odstranit zp˚ usob pˇristupován´ı k dat˚ um pˇres interface a pracovat rovnou s datov´ ym typem DataPool. V diagramu na obrázku je vidˇet, ˇze vˇsechny znázornˇené operace jsou odvozeny od abstraktn´ı tˇr´ıdy Operation. Dceˇriné tˇr´ıdy pak implementuj´ı abstraktn´ı metody ze tˇr´ıdy Operation, vˇcetnˇe metody perform(). Tato generalizace umoˇzn ˇuje tˇr´ıdˇe Operations pracovat se vˇsemi typy operac´ı jednotnˇe. Pˇri volán´ı metody perform() (proveden´ı v´ ypoˇctu) ve tˇr´ıdˇe Operations se spust´ı postupnˇe metody perform() ve vˇsech spravovan´ ych operac´ıch (Operation) v poˇrad´ı daném odkazy na tyto objekty v ArrayListu operations v objektu Operations. Rozsah p˚ usobnosti kaˇzdé operace je urˇcen odkazem na pˇr´ısluˇsn´ y objekt tˇr´ıdy Range. Tˇr´ıdu com.msiroky.dataprocessing.operations.Range m˚ uˇzete vidˇet na UML diagramu 12. Samotná tˇr´ıda Range je abstraktn´ı a je implementována a konkretizována dalˇs´ımi tˇremi. V´ yznam rozsahu se liˇs´ı podle toho, zda pracujeme s daty v dynamickém, nebo statickém reˇzimu. 28

Operations -dataHandler: OperationDataHandler +perform(); ... (gettery a settery pro atributy)

Fraction

LeastSquares -x: String -y: String -showCoefficients: boolean -validate: boolean -polynomDegree: int +perform() ... (gettery a settery pro atributy)

operations

0..n Operation #dataHandler: OperationDataHandler #outLabel: String #fillGaps: boolean #note: String +perform() +toXMLElement(): Element getType(): OperationType ... (gettery a settery pro atributy)

Comparison -referanceLabel: String -comparedLabel: String -margin: double -upperBoundary: boolean -lowerBoundary: boolean -bandForbidden: boolean -useConstant: boolean +perform() ... (gettery a settery pro atributy)

AllSamplesRecursiveRange

range

Range getType(): RangeType

TimeRange

NSamplesRange

Dewpoint temperatureLabel: String relativeHumidityLabel: String +perform() ... (gettery a settery pro atributy)

Obrázek 12: UML diagram tˇr´ıd pro provádˇen´ı operac´ı nad datov´ ymi vzorky.

29

1. AllSamplesRecursiveRange V dynamickém reˇzimu dojde k naˇcten´ı posledn´ıho vzorku, kter´ y byl do daného datového vlákna uloˇzen. Poˇc´ıtá se zde totiˇz s t´ım, ˇze operace bude provádˇena po kaˇzdém vloˇzen´ı a vzorky budou pˇrib´ yvat po jednom. Ve statickém reˇzimu ze z DataPoolu vrát´ı celé datové vlákno. 2. TimeRange Jak ve statickém, tak v dynamickém reˇzimu budou naˇcteny z datového vlákna vzorky, které maj´ı ˇcasovou znaˇcku v rozsahu Intervalu, kter´ y je v pˇr´ısluˇsném objektu TimeRange uloˇzen. V knihovnˇe zat´ım chyb´ı implementace ˇc´ıselného rozsahu NumberRange, kter´ y by fungoval obdobn´ ym zp˚ usobem pro ˇc´ıselné ˇrady. 3. NSamplesRange V dynamickém reˇzimu bude do operace naˇcteno N posledn´ıch vzork˚ u z daného datového vlákna. V reˇzimu statickém pak bude naˇctené datové vlákno celé a bude zpracováváno po okénkách velikosti N. Pouˇzit´ı tohoto rozsahu bylo v´ yˇse zm´ınˇeno u operace Suma. Instance operac´ı lze v bˇeˇz´ıc´ım programu vytváˇret, programovˇe pomoc´ı napevno napsaného zdrojového kódu, interakc´ı s uˇzivatelem pomoc´ı grafického rozhran´ı, anebo na základˇe informac´ı uloˇzen´ ych v XML konfiguraˇcn´ım souboru. Naˇc´ıtán´ı souboru samotného se budeme vˇenovat pozdˇeji. Jak jiˇz ale bylo zm´ınˇeno v kapitole 2.3, pro práci s XML soubory je vyuˇz´ıvána knihovna Jdom, pomoc´ı které je moˇzné konfiguraˇcn´ı soubor pˇreˇc´ıst a v operaˇcn´ı pamˇeti reprezentovat v objektové formˇe. Hlavn´ım stavebn´ım prvkem takto reprezentovaného dokumentu (org.jdom.Document) je XML element (org.jdom.Element). Nejprve si pop´ıˇseme ukládán´ı parametr˚ u operac´ı do XML elementu. Kaˇzdá operace implementuje abstraktn´ı metodu toXMLElement(). Tato metoda vrac´ı objekt tˇr´ıdy org.jdom.Element, ve kterém jsou ve formˇe XML atribut˚ u (org.jdom.Attribute) uloˇzeny informace o názvu vstupn´ıho (pˇr´ıpadnˇe v´ıce vstupn´ıch) a v´ ystupn´ıho vlákna operace a také pˇr´ıpadné dalˇs´ı parametry závisej´ıc´ı na typu operace. Tento XML element, pˇredstavuj´ıc´ı v podstatˇe serializovanou operaci, v sobˇe obsahuje také dalˇs´ı vnoˇren´ y element kter´ y je serializovanou“ instanci tˇr´ıdy Range. Operace pro v´ ypoˇcet rosného bodu s rozsahem ” p˚ usobnosti pro vˇsechny vzorky pak po zapsán´ı do XML elementu a uloˇzen´ı do souboru m˚ uˇze vypadat následuj´ıc´ım zp˚ usobem: <parametres temperature="t1" humidity="rh1" outlabel="rb1" fill_gaps="true" /> 3.4.1

Zlomek

Nyn´ı se budeme bl´ıˇze vˇenovat operaci Zlomek (Fraction). Aby u zlomku bylo moˇzné dosáhnout v´ yˇse zm´ınˇen´ ych vlastnost´ı a umoˇznit libovoln´ y poˇcet ˇclen˚ u v ˇcitateli a jmenovateli, pˇriˇcemˇz kaˇzd´ y ˇclen m˚ uˇze b´ yt libovoln´ ym násobkem libovolné mocniny vzorku z libovolného datového vlákna, bylo nutné vytvoˇrit dostateˇcnˇe pruˇznou a dynamickou strukturu a provádˇet v´ ypoˇcty decentralizovan´ ym a hierarchick´ ym zp˚ usobem. S popisem procesu v´ ypoˇctu zlomku zaˇcneme u jeho jednotliv´ ych ˇclen˚ u, objekt˚ u tˇr´ıdy Term. Kaˇzd´ y ˇclen v sobˇe nese informaci o názvu vstupn´ıho datového vlákna inputDataLabel, hodnotˇe násobku a mocniny (coefficient a power) a nakonec také hodnotu zpracovávaného 30

Fraction +perform() ... (gettery a settery pro atributy)

numerator, denominator 2

fans 0..n

Polynomial -absolute: double +evaluate(): double ... (gettery a settery pro atributy)

DataFan dataLabel: String data: ArrayList distibuteData(indexOfSample: int) ... (gettery a settery pro atributy)

terms 0..n

subscribers

Term -inputDataLabel: String -power: double -coefficient: double -data: double +evaluate(): double ... (gettery a settery pro atributy)

0..n DataSubscriber +setData (data: double) +getWantedLabel(): String

Obrázek 13: UML diagram tˇr´ıd souvisej´ıc´ıch s v´ ypoˇcetn´ı operac´ı Zlomek vzorku data. Vyhodnocen´ı ˇclenu se provede volán´ım metody evaluate(). Jak je zˇrejmé z popisu, ve ˇclenu se vyhodnocuje vˇzdy jen jeden vzorek. Pokud chceme vyhodnocovat celé datové vlákno, potˇrebujeme nˇejak´ y mechanizmus distribuce vstupn´ıch dat do ˇclen˚ u. T´ımto mechanismem jsou objekty tˇr´ıdy DataFan (vˇej´ıˇre dat). Pokud je operace Fraction generována na základˇe XML Elementu, jsou nejprve vytvoˇreny polynomy v ˇcitateli a jmenovateli i s jejich ˇcleny. Následnˇe se procház´ı vˇsechny ˇcleny, v obou polynomech a podle názv˚ u jejich vstupn´ıch vláken se pˇridávaj´ı do seznamu pˇr´ıjemc˚ u dat v pˇr´ısluˇsném objektu tˇr´ıdy DataFan, kter´ y má shodn´ y název poskytovaného datového vlákna s t´ım poˇzadovan´ ym. Pokud zat´ım neexistuje pˇr´ısluˇsn´ y DataFan, vytvoˇr´ı se. Z UML diagramu na obrázku 13 je vidˇet, ˇze za t´ımto u ´ˇcelem tˇr´ıda Term implementuje rozhran´ı DataSubscriber – tedy objekt, kter´ y se up´ıˇse“ ke pˇrij´ımán´ı dat. ” Pˇri volán´ı metody perform() v objektu Fraction se nejprve naˇctou data ze vˇsech vstupn´ıch datov´ ych vláken a tyto datové ˇrady se vyrovnaj´ı pomoc´ı objektu ExportPool.8 Vyrovnán´ı datov´ ych ˇrad znamená, ˇze se vzorky uspoˇra´daj´ı podle jejich poˇradov´ ych znaˇcek tak, aby pro kaˇzdou datovou znaˇcku existoval vzorek ve vˇsech datov´ ych vláknech. Pokud z nˇejakého d˚ uvodu v nˇekterém vstupn´ım vláknˇe vzorek s takovou poˇradovou znaˇckou chyb´ı, je vytvoˇren a jeho hodnota je nastavena na NaN. V´ ysledek zlomku je pak pro takovou poˇradovou znaˇcku také NaN. Takto vyrovnaná datová vlákna se následnˇe vloˇz´ı do pˇr´ısluˇsn´ ych datov´ ych vˇej´ıˇr˚ u (DataFan). V´ ypoˇcet zlomku pak prob´ıhá tak, ˇze pro kaˇzd´ y index v datov´ ych vláknech probˇehne distribuce hodnoty vzorku na tomto indexu do ˇclen˚ u (Term), které se zareg8

Tˇr´ıdˇe ExportPool se bl´ıˇze vˇenuje kapitola 3.5

31

istrovaly ke pˇr´ıjmu dat. Jakmile je u vˇsech ˇclen˚ u nastavena hodnota atributu data, jsou z objektu Fraction volány metody evaluate() v ˇcitateli a jmenovateli. Tyto metody vracej´ı souˇcet v´ ysledk˚ u ˇclen˚ u polynomu a absolutn´ıho ˇclenu podle vzorce 1 na stranˇe 27. Zpˇet v metodˇe perform() je v´ ysledek vyhodnocen´ı ˇcitatele vydˇelen v´ ysledkem vyhodnocen´ı jmenovatele. Pokud je jmenovatel rovn´ y nule, je v´ ysledek zlomku nastaven na NaN. Je vytvoˇren nov´ y objekt datového vzorku (podle typu vstupn´ıch dat bud’ Numbered- nebo TimeStamped- FloatingSample), je do nˇej uloˇzen v´ ysledek a pˇriˇrazena pˇr´ısluˇsná poˇradová znaˇcka. V´ ystupn´ı vzorek je zaˇrazen do seznamu v objektu Fraction. V´ yˇse zm´ınˇen´ y postup distribuce dat a v´ ypoˇct˚ u se opakuje pro vˇsechny indexy vstupn´ ych datov´ ych vláken a po zpracován´ı posledn´ıho indexu jsou v´ ystupn´ı data zaˇrazena mezi ostatn´ı datová vlákna v operaˇcn´ı pamˇeti pomoc´ı objektu DataPool. Ilustrace operace Fraction uloˇzené do XML: <parametres outlabel="rh2" fill_gaps="true" /> <polynomial absolute="0.0"> <polynomial absolute="1.0" /> <note> 3.4.2

Rosn´ y bod

pro v´ ypoˇcet rosného bodu vzduchu pouˇz´ıvá tˇr´ıda Dewpoint vnitˇrnˇe objekt tˇr´ıdy Air, kter´ y je vyuˇz´ıván k reprezentaci vzduchu. Pomoc´ı metod ve tˇr´ıdˇe Air je moˇzné z´ıskávat informace o teplotˇe rosného bodu, absolutn´ı a relativn´ı vlhkosti vzduchu. V mé bakaláˇrské práci [1] byl k v´ ypoˇct˚ um rosného bodu pouˇz´ıván program Octave. V´ ypoˇcet byl zaloˇzen na aproximaci vztahu mezi teplotou vzduchu a jeho maximáln´ı absolutn´ı vlhkost´ı pomoc´ı polynomu 3. stupnˇe. V´ ypoˇcet rosného bodu vzduchu ze znalosti relativn´ı vlhkosti a teploty pak spoˇc´ıvá v nalezen´ı hodnoty maximáln´ı absolutn´ı vlhkosti pro danou teplotu, vydˇelen´ım této hodnoty velikost´ı relativn´ı vlhkosti (dostaneme aktuáln´ı absolutn´ı vlhkost) a nalezen´ı koˇrene (hodnota teploty) polynomu pro zjiˇstˇenou hodnotu absolutn´ı vlhkosti. Vzhledem k tomu, ˇze polynom je na pracovn´ım rozsahu −10 aˇz +40 circ C monotónn´ı, dostaneme pouze jedno reálné ˇreˇsen´ı. Hledán´ı koˇrene polynomu nen´ı vˇsak v´ ypoˇcetnˇe rychlá operace a na rozd´ıl od Octave nen´ı ve standardn´ıch knihovnách jazyka Java implementována. K ˇreˇsen´ı jsem se nechal inspirovat znalostmi z pˇredmˇetu Numerické metody (KMA/NM). Pˇri inicializaci objektu tˇr´ıdy Air je vytvoˇrena vyhledávac´ı tabulka a jej´ı lev´ y sloupec je vyplnˇen hodnotami teploty v rozsahu od lowerBoundTemp do upperBoundTemp s krokem tempAccuracy. Pro kaˇzdou hodnotu teploty je souˇcasnˇe vyˇc´ıslen polynom a z´ıskaná hodnota maximáln´ı absolutn´ı vlhkosti je uloˇzena do pravého sloupce. Pˇri hledán´ı teploty rosného bodu pak objekt Air opˇet vyˇc´ısl´ı polynom a zjist´ı hodnotu maximáln´ı absolutn´ı vlhkosti. Tuto hodnotu vydˇel´ı relativn´ı vlhkost´ı (Rozsah 0 aˇz 100% se mapuje na 0 aˇz 1.) ˇc´ımˇz z´ıská aktuáln´ı absolutn´ı vlhkost. Pro tuto hodnotu absolutn´ı 32

Air -tempAccuracy: double -lowerBoundTemp: int -upperBoundTemp: int +dewPoint(temperature: double, percent_rh: double): double +dewPoint(absoluteHumidity: double): double +maxAbsHumidity(temperature: double): double +percentRH(temperature: double, abs_humidity: double): double ... (gettery a settery pro atributy)

lookupTable

DoubleLookupTable -length: int -right: double[] -left: double[] +getLeftTo(right: double): double +getRightTo(left: double): double +getNearer(value: double, array: double[], index_a: int, index_b: int): int ... (gettery a settery pro atributy)

Obrázek 14: Tˇr´ıda Air a vyhledávac´ı tabulka vlhkosti je ve vyhledávac´ı tabulce metodou getLeftTo() nalezena koresponduj´ıc´ı teplota. Nejprve v tabulce prob´ıhá vyhledáván´ı co nejbliˇzˇs´ı hodnoty absolutn´ı vlhkosti metodou p˚ ulen´ı intervalu. Kdyˇz hledaná hodnota absolutn´ı vlhkosti spadá mezi dva sousedn´ı indexy v tabulce, je vybrán index na kterém je hodnota bliˇzˇs´ı té hledané. Pokud porovnán´ı vyjde nerozhodnˇe, je upˇrednostnˇen vyˇsˇs´ı index. Jako teplota rosného bodu je následnˇe vrácena hodnota na pˇr´ısluˇsném indexu z levé poloviny tabulky.

3.5

Export dat

Export dat a ukládán´ı dat do textov´ ych soubor˚ u je velmi d˚ uleˇzitou funkc´ı mˇeˇric´ı aplikace a metody, které ji umoˇzn ˇuj´ı jsou dostateˇcnˇe implementovány v knihovnˇe libdev. Hlavn´ı tˇr´ıdy urˇcené pro export dat do soubor˚ u m˚ uˇzeme vidˇet na obrázku 15. Tˇr´ıda ExportPool byla zm´ınˇena jiˇz dˇr´ıve a proto by bylo dobré zaˇc´ıt v´ yklad u n´ı. ExportPool je v podstatˇe tabulka s pevn´ ym poˇctem sloupc˚ u, které se vytvoˇr´ı v konstruktoru instance a odpov´ıdaj´ı poˇctu datov´ ych vláken, která budeme ukládat. Poˇcet ˇra´dk˚ u tabulky je promˇenn´ y. V pˇredchoz´ım textu bylo zm´ınˇeno, ˇze ExportPool se vyuˇz´ıvá k vyrovnáván´ı datov´ ych ˇrad. tato jeho funkce má p˚ uvod ve skuteˇcnosti, ˇze m˚ uˇze nastat situace, kdy budeme cht´ıt do jednoho CSV souboru uloˇzit data z r˚ uzn´ ych datov´ ych vláken, pˇriˇcemˇz pro urˇcité poˇradové znaˇcky nebude hodnota pˇr´ıtomna ve vˇsech vláknech. V nˇekter´ ych vláknech budou zkrátka mezery. Pˇri vkládán´ı vzorku do ExportPoolu dojde k rozdˇelen´ı sloˇzek vzorku na hodnotu a poˇradovou znaˇcku. Poˇradové znaˇcky se ukládaj´ı v samostatném sloupci pro vˇsechna da33

ExportPool -noOfDatacols: int -orderers: ArrayList -data: ArrayList<double[]> -labels: ArrayList<String> +ExportPool(labels: ArrayList<String>): ExportPool +getSamples(label: String): ArrayList +addSamples(samples: ArrayList) +getData(index: int): double[] ... (gettery a settery pro atributy)

exportPool

exportPool

GeneralDataExporter -outputFile: OutputTextFile +writeToFile() ... (gettery a settery pro atributy)

Thread

StaticDataExporter -outputFile: OutputTextFile -profile: VisualProfile +export() ... (gettery a settery pro atributy)

exportSettings

exportSettings

ExportSettings -oredererFormatString: String -colSeparator: String -stringSeparator: String -textEncoding: String +getInstance(xmlElement: Element): ExportSettings +toXMLElement(): Element ... (gettery a settery pro atributy)

Obrázek 15: Tˇr´ıdy pro export dat

34

tová vlákna, nikoliv pro samostatné vzorky. Pokud jiˇz v tabulce existuje ˇra´dka s pˇr´ısluˇsnou poˇradovou znaˇckou, je hodnota vloˇzena do sloupce této ˇra´dky, kter´ y odpov´ıdá názvu daˇ adky jsou automattového vlákna. Pokud zat´ım taková ˇrádka neexistuje, je vytvoˇrena. R´ icky ˇrazeny a vkládány podle poˇradov´ ych znaˇcek podobnˇe, jako se to dˇeje s plovouc´ımi vzorky v DataDraweru. Pokud tedy dojde k tomu, ˇze sloupce v nˇekter´ ych ˇra´dkách jsou neobsazené, povaˇzuje se pˇri exportu hodnota na tˇechto pozic´ıch za NaN. Pˇri exportu má tedy kaˇzdá ˇra´dka pln´ y poˇcet sloupc˚ u, pˇriˇcemˇz na nˇekter´ ych pozic´ıch je hodnota NaN. Pro uchováván´ı nastaven´ı exportu slouˇz´ı tˇr´ıda ExportSettings. Objekty této tˇr´ıdy je moˇzné ukládat do XML, nebo je zpˇet naˇc´ıtat. Uloˇzené parametry souvis´ı s vlastnostmi CSV soubor˚ u, jako je oddˇelovaˇc sloupc˚ u a oddˇelovaˇc ˇretˇezc˚ u. Nastavit lze také kódován´ı textu a formátovac´ı ˇretˇezec pro poˇradovou znaˇcku ˇra´dku souboru. U ˇc´ıseln´ ych ˇrad nemá formátovac´ı ˇretˇezec vliv a slouˇz´ı jen jako titulek prvn´ıho sloupce souboru. U ˇrad ˇcasov´ ych má vliv na zp˚ usob v´ ypisu data a ˇcasu. Pro formátovan´ y v´ ystup data a ˇcasu je pouˇz´ıvána tˇr´ıda java.text.SimpleDateFormat. Informace o pouˇz´ıván´ı formátovac´ıho ˇretˇezce lze nalézt v dokumentaci k této tˇr´ıdˇe. Obdobnˇe jako u ˇc´ıseln´ ych ˇrad je i zde formátovac´ı ˇretˇezec titulkem 1. sloupce. Nadpisy dalˇs´ıch sloupc˚ u odpov´ıdaj´ı názv˚ um pˇr´ısluˇsn´ ych datov´ ych vláken. Poˇrad´ı sloupc˚ u je stejné jako poˇrad´ı názv˚ u datov´ ych vláken zadané pˇri vytváˇren´ı ExportPoolu. Pro export v dynamickém a statickém reˇzimu se v knihovnˇe pouˇz´ıvaj´ı dva r˚ uzné mechanismy, které mohou b´ yt v dalˇs´ı verzi knihovny slouˇceny do jednoho. V souˇcasné dobˇe slouˇz´ı pro export postupnˇe pˇrib´ yvaj´ıc´ıch dat tˇr´ıda GeneralDataExporter a pro data statická pak tˇr´ıda StaticDataExporter. Jak je patrné z UML diagramu na obrázku 15, StaticDataExporter dˇed´ı od tˇr´ıdy Thread (Je to programové vlákno). Tento pˇr´ıstup vycház´ı z toho, ˇze v pˇr´ıpadˇe statick´ ych dat, je objem najednou ukládan´ ych dat vˇetˇs´ı neˇz v dynamickém pˇr´ıpadˇe a s vˇetˇs´ı pravdˇepodobnost´ı se bude i jednat o aplikaci, která má grafické rozhran´ı a komunikuje s uˇzivatelem. Z tohoto d˚ uvodu je vhodnˇejˇs´ı, aby proces ukládán´ı prob´ıhal na pozad´ı a aplikace mohla i nadále reagovat na akce uˇzivatele. Proces pr˚ ubˇeˇzného ukládán´ı dat v mˇeˇric´ı aplikaci je ˇr´ızen tˇr´ıdou DynamicMemory. Tato tˇr´ıda zajiˇst’uje periodické ukládán´ı a generuje názvy a cesty c´ılov´ ych CSV soubor˚ u. UML diagram této tˇr´ıdy se nacház´ı na obrázku 16 na stranˇe 36. Do DynamicMemory pˇricházej´ı namˇeˇrená data a jsou ukládána do DataPoolu. V mˇeˇric´ı aplikaci se vyuˇz´ıvá vkládán´ı dat po ˇrádc´ıch, pˇriˇcemˇz se po vloˇzen´ı ˇrádku automaticky spust´ı proveden´ı v´ ypoˇcetn´ıch operac´ı. Objekt outputFolder uchovává informaci o základn´ı cestˇe k ukládán´ı dat. Ukládán´ı se spouˇst´ı periodicky pomoc´ı ˇcasovac´ıho vlákna timingThread. Data se ukládaj´ı do souboru podle kalendáˇrn´ıho data. Cesta k exportn´ımu souboru je odvozena od cesty základn´ı a dále je vytvoˇrena sloˇzka podle roku (ve formátu yyyy) a podsloˇzka podle mˇes´ıce (ve formátu MM). Exportn´ı soubory jsou pojmenovávány ve formátu yyyy MM dd. Pokud je tˇreba pracovat se soubory s exportovan´ ymi daty, je moˇzné periodické ukládán´ı pozastavit na poˇzadovanou dobu pomoc´ı metody disableExport(interval: int), kde interval udává poˇcet milisekund.

3.6

Vizualizace dat

Jak jiˇz bylo uvedeno v´ yˇse, pro samotné vykreslován´ı dat je vyuˇz´ıvána knihovna JFreeChart. Proces mezi z´ıskán´ım dat a jejich vykreslen´ım na obrazovku je pak ˇr´ızen tˇr´ıdami z ˇ ızen´ı prob´ıhá pomoc´ı tzv. vizuáln´ıch probal´ıku com.msiroky.charting.profiles. R´ 35

DynamicMemory -pool: DataPool -operations: Operations -exportDisabler: ExportDisabler -timingThread: PeriodicTimingThread -exportedLabels: ArrayList<String> -outputFolder: ExtendedPath -exportSettings: ExportSettings -exportEnabled: boolean +export() +disableExport(interval: int) +enableExport(enable: boolean) +addData(sample: GeneralFloatingSample) +addDataRow(samples: ArrayList) +performOperations() ... (gettery a settery pro atributy)

Obrázek 16: Tˇr´ıda DynamicMemory fil˚ u. Vizuáln´ı profil je pˇredstavován tˇr´ıdou VisualProfile a od n´ı jsou odvozené tˇr´ıdy PresentationProfile a MonitoringProfile. UML diagram tˇechto tˇr´ıd se nacház´ı na obrázku 17 na stránce 37. Profily tˇr´ıdy MonitoringProfile slouˇz´ı k ˇr´ızen´ı zobrazován´ı dynamick´ ych dat a profily tˇr´ıdy PresentationProfile pro ˇr´ızen´ı zobrazován´ı dat statick´ ych. Jak je vidˇet z diagramu, profily jsou odvozeny od v pamˇeti uloˇzeného textového souboru“ 9 . To jim ” umoˇzn ˇuje, aby mohly b´ yt snadno uloˇzeny na disk ve formˇe textového XML souboru, nebo opˇet z disku naˇcteny. Jak z obrázku vid´ıme, VisualProfile obsahuje odkaz na objekt tˇr´ıdy Plot a ten pak seznam odkaz˚ u na objekty tˇr´ıdy Subplot. Tyto tˇr´ıdy uchovávaj´ı informace o vzhledu grafu a podgraf˚ u a v pˇr´ıpadˇe vykreslován´ı statick´ ych dat se staraj´ı o naˇcten´ı dat ze soubor˚ u do operaˇcn´ı pamˇeti (do dataPoolu). V pˇr´ıpadˇe dynamick´ ych dat a monitorován´ı se pouˇz´ıvaj´ı rozˇs´ıˇrené tˇr´ıdy MonitoringPlot a MonitoringSubplot. Monitorovac´ı graf (plot) se vytváˇr´ı s prázdn´ ymi podgrafy (subploty) a rozˇs´ıˇrená tˇr´ıda 10 umoˇzn ˇuje exponovat odkazy na datové ˇrady vykreslované do panelu knihovnou JFreeChart. D´ıky tomu je moˇzné do dynamického grafu vkládat vykreslovaná data z objekt˚ u mimo strukturu vizuáln´ıch profil˚ u. Zobrazován´ı statick´ ych dat se od zobrazován´ı tˇech dynamick´ ych liˇs´ı t´ım, ˇze umoˇzn ˇuje 11 provádˇet nad naˇcten´ ymi daty v´ ypoˇcetn´ı operace. Provádˇen´ı operac´ı nad daty vkládan´ ymi do dynamického grafu nen´ı podporováno. Zde se poˇc´ıtá s t´ım, ˇze data jsou upravena jiˇz pˇred vloˇzen´ım do grafu. V architektuˇre mˇeˇric´ı aplikace se o zpracován´ı dat stará serverová ” ˇca´st“, zat´ımco ˇcást klientská a vizualizaˇcn´ı operace nad daty jiˇz neprovád´ı. Zde se dostáváme k dalˇs´ımu rozd´ılu v pouˇzit´ı dynamického a statického zobrazován´ı 9

InMemoryTextFile tˇr´ıda org.jfree.data.general.Series 11 Mechanismu v´ ypoˇcetn´ıch operac´ı se vˇenuje odd´ıl 3.4. 10

36

Plot -title: String -subtitle: String -dataPool: DataPool -dataSources: DataSource -domainLabel:String -interval: GeneralInterval -operations: Operations -plotType: PlotType +bloom() +getJFreeChart(): JFreeChart ... (gettery a settery pro atributy)

subPlots 0..n parentPLot

plot

MonitoringSubplot

MonitoringPlot -seriesList: ArrayList<Series> -seriesLabels: ArrayList<String> -seriesAliases: ArrayList<String> --+getSeriesByLabel(label: String): Series ... (gettery a settery pro atributy)

MonitoringProfile ... (gettery a settery pro atributy)

Subplot -active: boolean #alpha: float #dataThreads: ArrayList #graphicType: GraphicType #name: String #rangeAxisLabels: ArrayList<String> #weight: int getXYSubplot(): XYPLot ... (gettery a settery pro atributy)

getXYSubplot(): XYPLot ... (gettery a settery pro atributy)

VisualProfile -plot: Plot +setOrderer(orderer: Orderer) +getOrderer(): Orderer #listSubplots(root: Element) #listFiles(root: Element) #loadSubplot(subplot: Subplot, subplotElement: Element) ... (gettery a settery pro atributy)

PresentationProfile -listOperations(contextElement: Element) ... (gettery a settery pro atributy)

Profile

InMemoryTextFile -file: String +load() +save() ... (gettery a settery pro atributy)

Obrázek 17: Tˇr´ıdy pro vizualizaci dat

37

dat. Zat´ımco pˇr´ıstup dynamick´ y se uplatn´ı u mˇeˇric´ı aplikace, která se nastavuje na m´ıru konkrétn´ı situaci a mˇeˇric´ımu zaˇr´ızen´ı a po zprovoznˇen´ı nen´ı jiˇz nutné toto nastaven´ı mˇenit, uplatnˇen´ı vizualizace statick´ ych dat vyˇzaduje mnohem ˇcastˇejˇs´ı zmˇeny konfigurace. Tento fakt vycház´ı ze situace, ˇze vizualizace statick´ ych dat nen´ı vázaná na konkrétn´ı mˇeˇren´ y proces a konkrétn´ı obsluhu, ale je moˇzné vizualizaˇcn´ı aplikaci vyuˇz´ıvat pro zobrazován´ı dat r˚ uzného p˚ uvodu a z r˚ uzn´ ych zdroj˚ u (soubor˚ u r˚ uzného formátu). Aplikace pro vizualizaci statick´ ych dat je urˇcena ˇsirˇs´ımu okruhu uˇzivatel˚ u a je ˇza´douc´ı, aby bylo moˇzné jednoduˇse nastavit, z jak´ ych zdroj˚ u data naˇc´ıst, jaké operace nad nimi provést a jak je vykreslit. Z tohoto d˚ uvodu jsem vytvoˇril pro editován´ı profil˚ u pro zobrazován´ı statick´ ych dat grafick´ y editor, kter´ y je souˇcást´ı knihovny libdev. V dalˇs´ı verzi knihovny m˚ uˇze b´ yt tento editor rozˇs´ıˇren i na profily dynamické.

3.7

Editor vizualizaˇ cn´ıch profil˚ u

ProfileEditor -tree: JTree -profile: Profile ... +createNewProfile() +openProfile(file: String) ... (gettery a settery pro atributy)

«Interface» EditorElement +getNode(): DefaultMutableTreeNode +setNodenode: (DefaultMutableTreeNode) +getMasterEditor(): ProfileEditor +setMasterEditor(masterEditor: ProfileEditor) +reload() +confirm() +refresh() +remove() ...

javax.swing.JPanel

SubplotEditor

DataThreadEditor

Obrázek 18: Tˇr´ıdy pro editován´ı vizualizaˇcn´ıch profil˚ u Na obrázku 18 jsou znázornˇeny tˇr´ıdy grafického editoru vizuáln´ıch profil˚ u. Hlavn´ı tˇr´ıdou je ProfileEditor. Editovac´ı elementy (tˇr´ıdy implementuj´ıc´ı rozhran´ı EditorElement jsou pak organizovány pomoc´ı objektu JTree, kter´ y tyto jednotlivé elementy zobrazuje v hierarchické stromové struktuˇre. Z diagramu je vidˇet, ˇze elementy jsou rozˇs´ıˇren´ımi tˇr´ıdy JPanel, coˇz umoˇzn ˇuje jejich zobrazován´ı na monitoru. Kaˇzd´ y element umoˇzn ˇuje provádˇen´ı u ´prav nad urˇcitou ˇca´st´ı profilu. Napˇr´ıklad jeden element slouˇz´ı k vytváˇren´ı a mazán´ı podgraf˚ u a jiné elementy pak umoˇzn ˇuj´ı upravovat vlastnosti konkrétn´ıho podgrafu. Popis grafického editoru a jeho ovládán´ı bude uveden v návodu k obsluze vizualizaˇcn´ı aplikace.

4

Mˇ eˇ ric´ı aplikace

Následuj´ıc´ı ˇcást se bude vˇenovat popisu architektury mˇeˇric´ı aplikace. Z d˚ uvodu robustnosti je aplikace rozdˇelena na dvˇe ˇca´sti: Server a Klient. Komunikace mezi serverem a klientem 38

prob´ıhá v protokolu XML-RPC. V´ yvoj mˇeˇric´ı aplikace jsem provádˇel v NetBeans v rámci jednoho projektu typu y Java Application nazvaného airflow server. Po kompilaci projektu je vytvoˇren spustiteln´ binárn´ı soubor typu JAR. Zp˚ usob bˇehu aplikace (server / klient) je urˇcen parametry zadan´ ymi do Java VM 12 pˇri spouˇstˇen´ı aplikace.

4.1

Server

Pro bˇeh v reˇzimu serveru je aplikace spouˇstˇena metodou main() ve tˇr´ıdˇe Server v bal´ıku y udává cestu ke airflow server.server. Metoda main() akceptuje jeden parametr, kter´ XML souboru s nastaven´ım. Pokud nen´ı zadán ˇza´dn´ y parametr, program se ukonˇc´ı. Pokud cesta k souboru zadána je, následuje vytvoˇren´ı instance tˇr´ıdy Server. V konstruktoru tˇr´ıdy Server je spuˇstˇeno naˇcten´ı souboru s nastaven´ım. Obsah souboru je naˇcten do objektu tˇr´ıdy JdomXml.13 Odkazy na objekty JdomXml jsou udrˇzovány statickou tˇr´ıdou JdomInterchangeBeacon14 a kaˇzd´ y objekt v rámci bˇeˇz´ıc´ı aplikace m˚ uˇze k tˇemto objekt˚ um pˇristupovat. V objektu JdomInterchangeBeacon jsou vˇzdy uloˇzeny dvojice název a odkaz na objekt (kl´ıˇc a hodnota). Odkaz na pˇr´ısluˇsn´ y JdomXml je z´ıskán na základˇe jeho názvu. Dále je spuˇstˇen mˇeˇric´ı server. Nejdˇr´ıve vytvoˇrena instance tˇr´ıdy PersistentServer.15 Tento objekt je centráln´ı ˇca´st´ı celé serverové aplikace. Existuje pouze v jedné instanci a obstarává ˇcasován´ı komunikace s mˇeˇric´ım zaˇr´ızen´ım a zpracovává poˇzadavky z klientsk´ ych aplikac´ı. PersistentServer také zaˇrizuje automatické nastaven´ı M-Boardu. Dále se odkaz na instanci PersistentServer vloˇz´ı do statické promˇenné tˇr´ıdy DataServerImpl.16 Pokud je v konfiguraˇcn´ım souboru serveru aktivován vizuáln´ı mód, vytvoˇr´ı se grafická interaktivn´ı konzole (objekt tˇr´ıdy IConsole), do které se vypisuj´ı textové ˇretˇezce které pˇricházej´ı z mˇeˇric´ıho zaˇr´ızen´ı a pomoc´ı konzole je také moˇzné mˇeˇric´ımu zaˇr´ızen´ı pos´ılat pˇr´ıkazy pˇr´ımo. Dále je vytvoˇrena instance tˇr´ıdy MySerialPortImpl17 , která pomoc´ı knihovny RXTX zajiˇst’uje komunikaci se sériovou linkou. Podle u ´daj˚ u v konfiguraˇcn´ım souboru je nastaven název portu a pˇrenosová rychlost. V´ ystup z CommandControlleru 18 v PersistentServeru je nasmˇerován na sériovou linku. Pˇr´ıkazy z CommandControlleru jsou odes´ılány po sériové lince a ˇretˇezce, které sériová linka pˇrijme jsou smˇerovány do CommandControlleru. Dále je nastartován webov´ y XML-RPC server: Nejprve se vytvoˇr´ı instance webového serveru WebServer19 , kter´ y pracuje na portu zadaném v konfiguraˇcn´ım souboru. Z instance webového serveru je pak z´ıskán odkaz na objekt tˇr´ıdy XmlRpcServer, kterému jsou nastaveny handlery podle informac´ı v souboru MyHandlers.properties v bal´ıku airflow server/server. Na základˇe instrukc´ı v tomto souboru je xmlRpcServeru pˇridˇeleno rozhran´ı DataServer a je zadána informace, ˇze metody tohoto rozhran´ı implementuje tˇr´ıda DataServerImpl.20 12

Java Virtual Machine: virtu´ aln´ı stroj, který interpretuje kompilovaný k´ od z bal´ıku com.msiroky.filesystem.files.xml 14 z bal´ıku com.msiroky.parallels 15 z bal´ıku airflow server.server 16 z bal´ıku airflow server.handlers 17 z bal´ıku com.msiroky.hw.serial 18 objekt, kter´ y ˇr´ıd´ı tok pˇr´ıkaz˚ u mˇeˇric´ımu zaˇr´ızen´ı a zpracovává odpovˇedi, které ze zaˇr´ızen´ı pˇricházej´ı 19 v bal´ıku org.apache.xmlrpc.webserver, z knihovny Apache XML-RPC 20 oboje v bal´ıku airflow server.handlers 13

39

PersistentServer -dynamicMemory: DynamicMemory -firstDownload: boolean -controller: CommandController -dwnTimer: DownloaderThread -mbParams: BMoardParams -serverParams: ServerParams -trigger: AutoDownloadTrigger -commLag: int +addData(data: List) +addData(fSample: TimeStampedFloatingSample) +downloadData(fromTime: Instant) +autosetMB() ... (gettery a settery pro atributy)

«Interface» DataServer +getData(String label, Date from, Date to): List +getMBParams(): Map +getServerParams(): Map +downloadMBParams(): int +downloadData(from: Date): int +downloadAllData(): int +startAutoDownload(seconds: int): int +stopAutoDownload(): int +addData(data: List): int +disableExport(interval: int): int +forceExport(): int +shutDownServer(password String): int +setMBoardTime(instant: Date): int +setMBMeasurementEnabled(enabled: boolean) +measureNow(): int +clearcommands(): int +setMBoardInterval(interval: int, delay: int): int +setMBoardCyclic(cyclic: boolean): int +autoSetMBoard(): int +deleteMBMemory(): int

DataServerImpl -persistentServer: persistentServer ... (gettery a settery pro atributy)

Obrázek 19: Základn´ı tˇr´ıdy mˇeˇric´ıho serveru UML diagramy popisovan´ ych tˇr´ıd jsou uvedeny na obrázc´ıch 19 a 20. Princip volán´ı vzdálen´ ych metod na serveru funguje na základˇe faktu, ˇze rozhran´ı se signaturami metod zná jak server, tak klient. Metody, které chceme z klienta volat musej´ı m´ıt návratovou hodnotu. Metody, které vracej´ı void nejsou podporovány. Pˇri volán´ı metody serveru z klienta je (v bˇeˇzném reˇzimu, kter´ y je uplatnˇen i zde) vytvoˇrena vˇzdy nová instance implementuj´ıc´ı tˇr´ıdy. V tomto pˇr´ıpadˇe se jedná o tˇr´ıdu DataServerImpl. Tak následnˇe volá metody z v´ yˇse zm´ınˇeného objektu tˇr´ıdy PersistentServer. Proces odeslán´ı v´ ysledku klientu jiˇz obstarávaj´ı tˇr´ıdy z knihovny Apache XML-RPC. Na obrázku 20 na stranˇe 41 jsou znázornˇeny tˇr´ıdy, které zajiˇst’uj´ı ˇr´ızen´ı komunikace s mˇeˇric´ım zaˇr´ızen´ım a vyhodnocován´ı odpovˇed´ı z nˇej. Jak jiˇz bylo zm´ınˇeno v´ yˇse, komunikace mezi mˇeˇric´ı aplikac´ı a mˇeˇric´ım zaˇr´ızen´ım prob´ıhá znakovˇe po sériové lince, pˇriˇcemˇz pˇr´ıkazy pro zaˇr´ızen´ı a odpovˇed´ı ze zaˇr´ızen´ı maj´ı formu XML element˚ u. Ovládán´ı mˇeˇric´ıho zaˇr´ızen´ı M-Board se dˇeje pˇres volán´ı metod ve tˇr´ıdˇe CommandController , které vygeneruj´ı potˇrebn´ y textov´ y pˇr´ıkaz pro odeslán´ı MBoardu. Vygenerovan´ y ˇretˇezec se vloˇz´ı do nové instance tˇr´ıdy Command, která se vloˇz´ı do fronty pˇr´ıkaz˚ u v objektu tˇr´ıdy CommandQueue. Zas´ılán´ı pˇr´ıkaz˚ u M-Boardu je ˇr´ızeno objektem tˇr´ıdy Broadcaster, kter´ y rozˇsiˇruje tˇr´ıdu Thread. Pokud ve frontˇe jsou pˇr´ıtomné pˇr´ıkazy, Broadcaster odeˇsle ˇretˇezec prvn´ıho pˇr´ıkazu ve frontˇe po sériové lince. Odkaz na pˇr´ısluˇsnou instanci Commandu je vloˇzen do TimeoutWatcheru. Kdyˇz je serverem (CommandControllerem) zachycena odpovˇed’ z mˇeˇric´ıho zaˇr´ızen´ı, dojde nejprve k pˇrevodu ˇretˇezce na XML element (tˇr´ıda Element), ˇc´ımˇz je provedena i kontrola integrity pˇr´ıchoz´ı zprávy. Pokud pˇrijatá odpovˇed’ koresponduje s poslednˇe odeslan´ ym pˇr´ıkazem, je pˇr´ıkaz z fronty odstranˇen, TimeoutWatcher vynulován a je odeslán nov´ y pˇr´ıkaz.

40

CommandController -memory: DynamicMemory -server: PersistentServer -broadcaster: Broadcaster -uplink: incommingStringReceiver -incommingBuffer: String -outputConsole: StringReceiver -waitingForData: boolean -fromTime: Instant -downloadMode: String +addIncomming(string: String) +clearCommands() -parseAndSaveSamples(root: Element) -processIncommnagMessage() +setMeasurementInterval(interval: int, delay: int) +setCyclic(cyclic: boolean) +setAutoMeasurement(auto: boolean) +downloadData(fromTime: Instant) +downloadMBParams() +deleteSamples() +getSampleNow() ... (gettery a settery pro atributy)

Command -command: String -commnadElement: Element -maxRepeats: int +repeat(): boolean ... (gettery a settery pro atributy)

0..n commnads

CommandsQueue +showOldest(): Command +removeOldest() +addCommand(command Command) +processReceived(receivedElement) +isEmpty(): boolean +clear() +notifyBroadcaster() ... (gettery a settery pro atributy)

queue

broadcaster

Broadcaster «Interface» StringReceiver +push(string: String)

receiver

+run() ... (gettery a settery pro atributy) watcher

«Interface» TimingThreadHolder +onTimerStart() +onTimerStop()

TimeoutWatcher -command: Command -timingThread: TimingThread -commandsQueue: CommandsQueue -timeout: int -iddle: boolean +setCommand(command: Command) ... (gettery a settery pro atributy)

Obrázek 20: Tˇr´ıdy ˇr´ıd´ıc´ı komunikaci s mˇeˇric´ım zaˇr´ızen´ım (bal´ık airflow server.server.communications)

41

Thread

Pokud vˇsak po uplynut´ı zvoleného ˇcasu (timeout) je ve frontˇe stále tent´ yˇz pˇr´ıkaz, TimeoutWatcher pˇr´ıkaz odeˇsle znovu a opakuje se ˇcekán´ı na pˇr´ıchod odpovˇedi. Kaˇzd´ y pˇr´ıkaz m˚ uˇze m´ıt individuálnˇe nastaven´ y poˇcet opakován´ı (V´ ychoz´ı nastaven´ı je 3) a pokud ani po maximáln´ım poˇctu opakován´ı nepˇrijde z mˇeˇric´ıho zaˇr´ızen´ı odpovˇed’, je fronta pˇr´ıkaz˚ u vymazána. Informace o nedoruˇcitelnosti pˇr´ıkazu je uvedena v souhrnu o stavu mˇeˇric´ıho zaˇr´ızen´ı, kter´ y server m˚ uˇze klientské aplikaci zas´ılat a také je zapsána do logového souboru. 4.1.1

Ovl´ ad´ an´ı mˇ eˇ ric´ıho zaˇ r´ızen´ı

Server je schopn´ y ovládat M-Board v tˇechto oblastech: 1. Nastaven´ı ˇcasu na mˇeˇric´ı kartˇe 2. Povolen´ı / zakázán´ı automatického mˇeˇren´ı 3. Nastaven´ı mˇeˇric´ıho intervalu a zpoˇzdˇen´ı pˇred sejmut´ım prvn´ıho vzorku 4. Pˇrepnut´ı mezi kruhovou pamˇet´ı (kdy se nejstarˇs´ı vzorky pˇrepisuj´ı nov´ ymi) a pamˇet´ı lineárn´ı (kdy se po zaplnˇen´ı pamˇeti záznam ukonˇc´ı) 5. Staˇzen´ı dat od urˇcitého ˇcasu 6. Staˇzen´ı dat od urˇcitého ˇcasu s následn´ ym smazán´ım tˇechto dat z mˇeˇric´ıho zaˇr´ızen´ı 7. Smazán´ı vˇsech dat ze zaˇr´ızen´ı 8. Zjiˇstˇen´ı stavu zaˇr´ızen´ı (ˇcas, poˇcet vzork˚ u v pamˇeti, nastaven´ı pamˇeti, mˇeˇric´ı interval) Pˇri stahován´ı dat z mˇeˇric´ıho zaˇr´ızen´ı prob´ıhá pˇrevod zprávy do XML elementu po ˇcástech (po jednotliv´ ych vzorc´ıch). V pˇr´ıpadˇe, ˇze je ˇca´st zprávy (vzorek) poˇskozena, vylouˇc´ı se ze zpracován´ı pouze tato ˇca´st, která se uloˇz´ı do logového souboru a zpracován´ı dalˇs´ıch vzork˚ u pokraˇcuje. Bliˇzˇs´ı informace o komunikaci a vyhodnocován´ı pˇr´ıchoz´ıch zpráv je moˇzné z´ıskat prostudován´ım zdrojov´ ych kód˚ u v elektronické pˇr´ıloze. Zdrojové kódy jsou opatˇreny komentáˇri, které usnadˇ nuj´ı pochopen´ı jednotliv´ ych funkc´ı. Pro u ´ˇcely testován´ı serveru a klienta je zde moˇznost server spouˇstˇet v simulaˇcn´ım reˇzimu, kdy v rámci serveru bˇeˇz´ı modelové mˇeˇric´ı zaˇr´ızen´ı.21 Pˇrep´ınán´ı mezi simulaˇcn´ım a provozn´ım reˇzimem se provád´ı v konfiguraˇcn´ım souboru. Konfiguraˇcn´ı soubory jsou rovnˇeˇz souˇcást´ı elektronické pˇr´ılohy.

4.2

Klient

Klient byl vytváˇren ve stejném Java projektu jako server. V budoucnu by vˇsak bylo v´ yhodnˇejˇs´ı m´ıt pro klient vyˇclenˇen´ y samostatn´ y projekt tak, aby spolu s klientem nebyly distribuovány i tˇr´ıdy serveru. UML diagram hlavn´ıch tˇr´ıd, které tvoˇr´ı klientskou aplikaci je znázornˇen na obrázku 21 na stranˇe 44. Klient je spouˇstˇen metodou main() ve tˇr´ıdˇe ClientStarter.22 ClientStarter má obdobnou funkci, jako tˇr´ıda Server. Nejprve je naˇcten konfiguraˇcn´ı soubor a odkaz na 21 22

Modelové zaˇr´ızen´ı je reprezentov´ ano tˇr´ıdami z bal´ıku airflow server.server.model. v bal´ıku airflow server.client

42

nˇej je um´ıstˇen do JdomInterchangeBeacon. Dále je vytvoˇrena ikona v notifikaˇcn´ı oblasti pracovn´ı plochy (v systému Windows obvykle na pravé stranˇe hlavn´ıho panelu). Ikona indikuje bˇeh klientské aplikace a disponuje kontextov´ ym menu pro zobrazován´ı kontroln´ıho panelu klienta a ukonˇcován´ı aplikace. Dále je vytvoˇrena instance tˇr´ıdy ControlPanelImpl, která implementuje rozhran´ı kontroln´ıho panelu ControlPanel. Pouˇzit´ı rozhran´ı umoˇzn ˇuje vytváˇret a pouˇz´ıvat r˚ uzné verze vizuáln´ı podoby panelu, pˇrizp˚ usobené na m´ıru konkrétn´ım podm´ınkám a poˇzadavk˚ um, bez nutnosti vˇetˇs´ıch zásah˚ u do zdrojového kódu ostatn´ıch tˇr´ıd. Následnˇe je naˇcten zobrazovac´ı profil pro graf v dynamickém reˇzimu. Po proveden´ı tˇechto operac´ı je volána metoda run() objektu Client, ˇc´ımˇz se spust´ı automatická ˇca´st klientské aplikace. Jak je patrné z diagramu 21, Client rozˇsiˇruje Thread. V tˇele pˇrekryté metody run() prob´ıhá cyklus, kter´ y v intervalu specifikovaném v konfiguraˇcn´ım souboru kontaktuje pomoc´ı protokolu XML-RPC server a z´ıskává od nˇej data staˇzená z mˇeˇric´ıho zaˇr´ızen´ı a informace o stavu serveru a zaˇr´ızen´ı. Aby bylo moˇzné volat vzdálené metody serveru, je nutné ve zdrojovém kódu pouˇz´ıt následuj´ıc´ı ˇrádky: //Vytvoˇ ren´ ı konfigurace s adresou serveru XmlRpcClientConfigImpl config = new XmlRpcClientConfigImpl(); config.setServerURL(new URL(host + ":" + port + "/" + serviceName)); //Vytvoˇ ren´ ı a nastaven´ ı objektu client: XmlRpcClient client = new XmlRpcClient(); client.setConfig(config); //Vytvoˇ ren´ ı napojen´ ı na server: ClientFactory factory = new ClientFactory(client); DataServer server = (DataServer) factory.newInstance(DataServer.class); Tˇr´ıdy ClientFactory a XmlRpcClient pocház´ı z knihovny Apache XML-RPC a tˇr´ıda (rozhran´ı) DataServer byla popsána jiˇz dˇr´ıve. Nyn´ı m˚ uˇzeme ze zdrojového kódu volat vzdálené metody serveru (definované rozhran´ım DataServer) stejnˇe, jako bychom volali metody lokáln´ı. 4.2.1

Automatick´ a komunikace se serverem

V rámci automatické komunikace klienta se serverem jsou provádˇeny následuj´ıc´ı ˇcinnosti: Z´ısk´ av´ an´ı informace o stavu serveru: Je provádˇeno volán´ım vzdálené metody getServerParams(), která vrac´ı objekt tˇr´ıdy java.util.Map, ve kterém jsou uloˇzeny dvojice kl´ıˇc ; hodnota. Pˇri pˇrijet´ı objektu tˇr´ıdy Map je obsah tohoto objektu pˇreveden do instance tˇr´ıdy ServerParams. UML diagram tˇr´ıdy ServerParams se nacház´ı na obrázku 22. V ServerParams jsou následuj´ıc´ı promˇenné: • overallStatus sdˇeluje, zda je server v poˇrádku a zda bˇeˇz´ı bez chyb. • exportStatus informuje o tom, zda je povolené automatické ukládán´ı staˇzen´ ych dat do souboru, ˇci nikoliv, pˇr´ıpadnˇe zda je pouze pozastaveno • downloadInterval udává interval automatického stahován´ı dat z MBoard v ms 43

ThreadWatchers +addSample(sample: GeneralFloatingSample) +perform() ... (gettery a settery pro atributy)

ThreadWatcher -type: ThreadWatcher:Type -watchedThread: String -description_p1: String -description_p2: String -sample: GeneralFloatingSample +perform() ... (gettery a settery pro atributy)

report

client

watchers report

0..n

Client -host: String -port: int -serviceName: String -checkInterval: long -client: XmlRpcClient -server: DataServer -lastCheckingtime: Instant -onButton: boolean -plot: MonitoringPlot -inputDataLabels: ArrayList<String> -chManager: ChartingManager -windowsForm: WindowsForm -timesOfLastReceive: HashMap -mbParams: MBoardparams -mbParamsEditor: MBParamsEditor -serverParams: ServerParams -threadWatchers: ThreadWatchers +showWindowsForm() +shutDownServer() +getMBoardParams(): MBoardParams +archiveNow() +measureNow() +delayArchivation() +showChartWindow(startDate: Date) +showMBParamsEditor() +sendDataToServer(samples: ArrayList) +autoSetMBoard() ... (gettery a settery pro atributy)

ThreadsReport -reports: ArrayList<String> -ventilation: Ventilation -timeStamp: Instant +addItem(item: String) +toString() ... (gettery a settery pro atributy)

Thread

controlPanel

«Interface» ControlPanel +setMeasurementReport(report ThreadsReport) +setClient(client: Client) +setServerparams(params: ServerParams) +displayDevicesStatus(status: String, level: Logger.Loglevel) +setVisible(isVisible: boolean) +recommendVentilation(ventilation: Ventilation) +isPopupEnabled(): boolean

Obrázek 21: Hlavn´ı tˇr´ıdy klientské aplikace

44

AirflowControlPanelImpl

• autoDownload má hodnotu true, pokud je automatické stahován´ı dat ze zaˇr´ızen´ı serveru povoleno, false pokud nen´ı. • serverError – Pokud komunikace se serverem funguje, má hodnotu false, pokud server na volán´ı metod neodpov´ıdá, je true.

MBoardParams -isDummy: boolean -isSet: boolean -ticks: long -t0Str: String -t0: Instant -timeObtained: Instant -mBoardTime: Instant -cyclic: boolean -interval: int -measurementEnabled: boolean +MBoardParams(map: Map) +toHashMap(): HashMap +ticksToInstant(t0: String, additionalMs: long): Instant ... (gettery a settery pro atributy)

ServerParams -overallStatus: String -exportStatus: String -autoDownload: boolean -downloadInterval: int -serverError: boolean +ServerParams(map: Map) +toHashMap(): HashMap ... (gettery a settery pro atributy)

Obrázek 22: Tˇr´ıdy pro reprezentaci stavu a parametr˚ u serveru a mˇeˇric´ıho zaˇr´ızen´ı

Z´ısk´ av´ an´ı informac´ı o stavu mˇ eˇ ric´ıho zaˇ r´ızen´ı: Je provádˇeno volán´ım vzdálené metody getMBParams(). Informace vrácené opˇet ve formˇe objektu tˇr´ıdy Map jsou pˇrevedeny do instance tˇr´ıdy MBoardParams. V klientu jsou zuˇzitkovány a pˇr´ıpadnˇe zobrazeny následuj´ıc´ı informace z MBoardParams: • Aktuáln´ı parametry byly staˇzeny z mˇeˇric´ıho zaˇr´ızen´ı, ˇci se zat´ım jedná o v´ ychoz´ı hodnoty: isDummy ˇ na M-Boardu byl, nebo nebyl nastaven: isSet • Cas • Souˇcasn´ y ˇcas na M-Boardu: mBoardTime • Cyklická / lineárn´ı pamˇet’: cyclic • Povoleno automatické mˇeˇren´ı: measurementEnabled • Interval automatického mˇeˇren´ı ve vteˇrinách: interval Stahov´ an´ı dat: Je provádˇeno volán´ım vzdálené metody getData(String label, Date from, Date to), která vrac´ı data s ˇcasov´ ymi znaˇckami spadaj´ıc´ımi do intervalu vymezeného from a to z vlákna s dan´ ym názvem label. Data ze serveru jsou vrácena jako seznam (java.utilList) objekt˚ u tˇr´ıdy Map, jejichˇz obsah je následnˇe pˇreveden na seznam objekt˚ u tˇr´ıdy GeneralFloatingSample. Klient ukládá u kaˇzdého datového vlákna ˇcasovou znaˇcku posledn´ıho pˇrijatého vzorku. Tato ˇcasová znaˇcka je pak poˇca´tkem intervalu pro dalˇs´ı stahován´ı. Koncem intervalu je pak ˇcas, ve kterém je stahován´ı zahájeno. Pokud je okno pro graf spuˇstˇeno, jsou staˇzená data do grafu pˇridána a zobrazena. 45

4.2.2

Sledov´ an´ı hodnot a informov´ an´ı uˇ zivatele

Data jsou zpracovávána pomoc´ı operac´ı v serveru. Na nastaven´ı klientské aplikace vˇsak záleˇz´ı zp˚ usob, jak´ ym budou pˇr´ıchoz´ı hodnoty uˇzivateli prezentovány. Moˇznost prezentace dat je dvoj´ı. Jak jiˇz bylo zm´ınˇeno, vzorky je moˇzné zobrazovat v grafu, nebo je moˇzné pouze vypisovat souhrn mˇeˇren´ı do kontroln´ıho panelu. Okno kontroln´ıho panelu je na obrázku 23.

Obrázek 23: Okno kontroln´ıho panelu klientské aplikace bˇeˇz´ıc´ı v plaském kláˇsteˇre; V horn´ı ˇca´sti okna jsou ovládac´ı prvky, pod nimi jsou textová pole se souhrnem mˇeˇren´ı, popisem stavu serveru a popisem stavu mˇeˇric´ıho zaˇr´ızen´ı. Vid´ıme, ˇze textové pole se souhrnem mˇeˇren´ı je zelené. Zelená barva v poli znamená, ˇze venkovn´ı vzduch je dostateˇcnˇe such´ y, aby se dalo vˇetrat bez rizika. Vzduch venku je vˇsak pˇr´ıliˇs studen´ y a pˇri vˇetrán´ı by se ochlazovala horn´ı patra budovy. Z tohoto d˚ uvodu ´ vˇetrán´ı pˇri tomto stavu prob´ıhat nebude. Uvaha o rozd´ılu teploty venku a uvnitˇr budovy ve vyˇsˇs´ıch patrech z˚ ustává na obsluze, protoˇze mˇeˇric´ı zaˇr´ızen´ı nemá z d˚ uvodu omezeného poˇctu vstup˚ u tato data k dispozici. Odhad teploty je vˇsak snazˇs´ı, neˇz odhad vlhkosti a tak tento nedostatek nen´ı pˇr´ıliˇs závaˇzn´ y. Formát souhrnu mˇeˇren´ı a barva okna je v´ ysledkem ˇcinnosti objekt˚ u tˇr´ıdy ThreadWatcher, hromadnˇe spravovan´ ych objektem tˇr´ıdy ThreadWatchers. Vztah mezi tˇemito tˇr´ıdami m˚ uˇzeme vidˇet na UML diagramu 21 na stranˇe 44. ThreadWatchers v metodˇe perform() generuje zprávu o mˇeˇren´ı ThreadsReport, která je pˇredána objektu tˇr´ıdy Client ke zobrazen´ı. Kaˇzdá jednotka ThreadWatcher sleduje hodnotu jednoho datového vlákna zadaného v konfiguraˇcn´ım souboru a m˚ uˇze pracovat ve tˇrech reˇzimech: 1. Informativn´ı: Hodnota vlákna je uvedena mezi dvˇema textov´ ymi ˇretˇezci, které je moˇzné nastavit v konfiguraci a tento cel´ y ˇretˇezec je uloˇzen jako jedna poloˇzka zprávy o mˇeˇren´ı. Taková poloˇzka pak m˚ uˇze b´ yt napˇr. Relativn´ı vlhkost venku je 66.5 %“ ” 2. Dobr´ y alarm: Jedná se primárnˇe o sledován´ı v´ ystupn´ıho vlákna z funkce typu porovnán´ı. Pokud je watcher v tomto reˇzimu, a hodnota sledovaného vlákna je 1, je do souhrnu pˇridána ˇretˇezcová poloˇzka popisuj´ıc´ı vznikl´ y stav (napˇr. Je moˇzné ” 46

vˇetrat.“ a v pˇr´ısluˇsné instanci tˇr´ıdy ThreadsReport je nastaven doporuˇcen´ y stav vˇetrán´ı na otevˇreno“. ” ˇ 3. Spatn´ y alarm: Funkce je obdobná, jen v pˇr´ıpadˇe, ˇze sledovaná hodnota je 1, doporuˇcen´ y stav vˇetrán´ı je nastaven na zavˇreno“. V souhrnu mˇeˇren´ı se pak v tomto ” pˇr´ıpadˇe objev´ı ˇra´dka Nevˇetrat!“. ” Pˇred kaˇzd´ ym vyhodnocen´ım datov´ ych vláken se ThreadsReport nuluje a doporuˇcené vˇetrán´ı je nastaveno na neurˇcito“. Vyhodnocován´ı se spouˇst´ı centrálnˇe pˇri pˇr´ıchodu dat, ” pˇriˇcemˇz se t´ yká pouze nejmladˇs´ıch vzork˚ u. Po vyhodnocen´ı je volána metoda client.setMeasurementReport(report). Následnˇe je obsah souhrnu zobrazen v panelu. Pokud je vˇetrán´ı moˇzné, je textové pole v ovládac´ım panelu zelené s b´ıl´ ym textem, pokud je stav nerozhodn´ y, je pole b´ılé s ˇcern´ ym textem a pokud je vˇetrán´ı z hlediska vlhkosti nevhodné, je pole ˇcervené, opˇet s b´ıl´ ym textem.

5

V´ yvoj software pro M-Board

Nástroje vyuˇz´ıvané pro psan´ı a odlad’ován´ı programu pro M-Board jsou zm´ınˇeny v ˇcásti 2.1.1. Cel´ y Eclipse projekt se zdrojov´ ymi kódy je souˇca´st´ı elektronické pˇr´ılohy k této práci. Program pro M-Board jsem vytvoˇril ve dvou verz´ıch. Prvn´ı verze vyuˇz´ıvala pro mˇeˇren´ı a komunikaci dvˇe samostatné u ´lohy (tasky). Toto ˇreˇsen´ı umoˇzn ˇovalo pˇresnˇejˇs´ı ˇcasován´ı mˇeˇren´ı, avˇsak po nainstalován´ı mˇeˇric´ıho zaˇr´ızen´ı do konventu plaského kláˇstera se stávalo, ˇze se takto vytvoˇren´ y program nedeterministicky (jen v nˇekter´ ych pˇr´ıpadech) zasekával pˇri zas´ılán´ı vzork˚ u na server. Tato chyba se objevovala nezávisle na tom, zda bˇeˇzely obˇe dvˇe u ´lohy, ˇci zda bˇeˇzela pouze u ´loha komunikaˇcn´ı a u ´loha mˇeˇric´ı byla zruˇsena. Zm´ınˇenou chybu se podaˇrilo reprodukovat i v laboratorn´ıch podm´ınkách na jiném exempláˇri mˇeˇric´ı karty a tak jsem zaˇr´ızen´ı z konventu odvezl zpˇet do laboratoˇre a nahrál do nˇej program, kter´ y tasky nevyuˇz´ıvá. V okamˇziku psan´ı tˇechto ˇrádek zaˇr´ızen´ı s novou verz´ı programu pracuje v konventu bez problém˚ u jiˇz pˇres dva t´ ydny. V elektronické pˇr´ıloze práce je také p˚ uvodn´ı verze programu. Popisována zde bude vˇsak pouze druhá – funkˇcn´ı – verze. Rozd´ıl se t´ yká vˇsak jen ˇr´ızen´ı bˇehu programu, ne uchováván´ı namˇeˇren´ ych dat, samotného procesu mˇeˇren´ı, ˇci komunikace.

5.1

Uchov´ av´ an´ı dat v operaˇ cn´ı pamˇ eti

Funkce pro správu vzork˚ u jsou v souboru msring.c s hlaviˇckov´ ym souborem msring.h. Data z´ıskaná pˇri jednom mˇeˇren´ı jsou uchovávána ve struktuˇre data: typedef struct data { unsigned long int ticks; int ch1; int ch2; int ch3; int ch4; } DATA;

47

Poloˇzka ticks slouˇz´ı k ukládán´ı strojového ˇcasu, ve kterém bylo mˇeˇren´ı provedeno. Dále jsou zde ˇctyˇri poloˇzky pro samotné namˇeˇrené hodnoty. Tato data jsou následnˇe uchovávána ve struktuˇre msring: typedef struct msring { int cycle; int over_the_top; int write_index; int oldest; int newest; int size; DATA **p_data; } MSRING; Poloˇzka p data je polem struktur data. Poloˇzka cycle udává, zda je daná struktura pamˇet´ı kruhovou (cycle != 0), nebo lineárn´ı (cycle == 0). Této vlastnosti se t´ yká ’ i poloˇzka over the top, která nab´ yvá nenulové hodnoty, pokud je pamˇet kruhová a bylo uloˇzeno jiˇz tolik vzork˚ u, ˇze docház´ı k ukládán´ı nov´ ych vzork˚ u m´ısto vzork˚ u nejstarˇs´ıch. Poloˇzka oldest uchovává index nejstarˇs´ıho vzorku, newest pak index vzorku ˇ ıslo size pak vyjadˇruje alokovanou velikost pole ukazatel˚ nejnovˇejˇs´ıho. C´ u na vzorky. V souboru msring.h se nacházej´ı signatury následuj´ıc´ıch funkc´ı: • MSRING *createmsring(int size): Vytvoˇr´ı pamˇet’ na size vzork˚ u • void printmsring(MSRING *p msring, long unsigned int fromTicks): Spust´ı v´ ypis dat z´ıskan´ ych po ˇcase fromTicks na sériovou linku ˇci jin´ y definovan´ y v´ ystup. • DATA *create data(unsigned long int ticks, float ch1, float ch2, float ch3, float ch4): Alokuje pamˇet’ pro nov´ y vzorek a uloˇz´ı do nˇej ˇcas a mˇeˇrené hodnoty. V aplikaci prob´ıhá mˇeˇren´ı napˇet´ı ze 4 vstup˚ u ve voltech reprezentovan´ ych jako desetinná ˇc´ısla. Po uloˇzen´ı do vzorku jsou tyto hodnoty vynásobeny 1000 a jsou pˇrevedeny na celá ˇc´ısla, tedy milivolty. • int freedata(DATA **p data): Vymaˇze vzorek (uvoln´ı pamˇet’). • void printdata(DATA *p data): Vyp´ıˇse vzorek na definovan´ y v´ ystup. • int add(MSRING *p msring, DATA *p data): Vloˇz´ı ukazatel na vzorek do pole ve struktuˇre msring. Vnitˇrnˇe se zohledˇ nuje cykliˇcnost, nebo linearita pamˇeti. Pˇri pˇrepisu je uvolˇ nována pamˇet’ zab´ıraná star´ ymi vzorky. • int is empty(MSRING *p msring): Vrac´ı 1, pokud je pamˇet’ prázdná, 0 pokud obsahuje alespoˇ n jeden vzorek.

5.2

ˇ ızen´ı bˇ R´ ehu programu

Hlavn´ım zdrojov´ ym souborem programu je newsdk test.c. V tomto souboru se nacház´ı funkce main(). Ve funkci main() nejprve probˇehne vytvoˇren´ı pamˇeti na 115 vzork˚ u.23 23

Na pouˇzité kartˇe ˇc´ıslo 8 se podaˇrilo alokovat a vyuˇz´ıt pamˇet’ pro pˇribliˇznˇe 120 vzork˚ u. Alokov´ an´ı pamˇeti se t´ yk´ a jen vytvoˇren´ı m´ısta na pole pointer˚ u na vzorky. Pamˇet’ pro jednotlivé vzorky je alokov´ ana aˇz pˇri jejich vytv´ aˇren´ı.

48

Dále je otevˇrena sériová linka (nastaven´ı bud’ na RS232, nebo na ZigBee) a nastavena pˇrenosová rychlost a timeout. Následnˇe je na sériovou linku vypsán ˇretˇezec a je volána funkce cycle(). Ve funkci cycle() je nekoneˇcná smyˇcka, kterou program mˇeˇric´ı karty neustále vykonává. Smyˇcka se skládá ze dvou ˇcást´ı: 1. Komunikaˇcn´ı ˇca´st: Kontroluje, zda pˇres sériovou linku nepˇriˇsel nˇejak´ y pˇr´ıkaz. Pokud ano, je vykonám. 2. Mˇeˇric´ı ˇcást: Kontroluje, zda v daném ˇcase (podle tik˚ u procesoru) má b´ yt provedeno mˇeˇren´ı. Pokud ano, mˇeˇren´ı se provede a vzorek uloˇz´ı.

5.3

Mˇ eˇ ren´ı

Samotné mˇeˇren´ı provád´ı funkce take sample(). Tˇelo této funkce vypadá následovnˇe: void take_sample(void) { float data1, data2, data3, data4; BOOL singleEnded = TRUE; data1 = adRead(adcDev, singleEnded, 6); //mˇ er ˇen´ ı z data2 = adRead(adcDev, singleEnded, 7); //mˇ er ˇen´ ı z data3 = adRead(adcDev, singleEnded, 4); //mˇ er ˇen´ ı z data4 = adRead(adcDev, singleEnded, 2); //mˇ er ˇen´ ı z DATA *p_data; //Vytvoˇ ren´ ı vzorku a line´ arn´ ı korekce hodnot na z´ akladˇ e kalibrace napˇ et’ov´ ych vstup˚ u: p_data = create_data(rtcGetTime(), (data1 * 2.4926 * 2.4957 + 0.0843), (data3 * 0.5029 + 0.0018), if (p_data == NULL) { } else {add(p_msring, p_data);}

kan´ alu kan´ alu kan´ alu kan´ alu

6 7 4 2

+ 0.0399), (data2 (data4 * 0.5015));

}

5.4

Komunikace

Jak jiˇz bylo zm´ınˇeno v´ yˇse, komunikaˇcn´ı ˇca´st ˇcte ˇretˇezce, které pˇrijdou pˇres sériovou linku. ˇ Cte se 120 znak˚ u z linky a ukládaj´ı se do znakového bufferu následuj´ıc´ım volán´ım knihovn´ı funkce: read(hSerial, (void*) buffer, 120). Dále je porovnáván zaˇcátek ˇretˇezce v bufferu s moˇzn´ ymi pˇr´ıkazov´ ymi ˇretˇezci, na které je M-Board schopen reagovat. Zpracován´ı pˇr´ıkazu si ukáˇzeme na pˇr´ıkladu nastaven´ı ˇcasu mˇeˇric´ıho zaˇr´ızen´ı. M-Board nemá obvod reálného ˇcasu,24 pouze naˇc´ıtá tiky krystalu na kartˇe, které ubˇehly od spuˇstˇen´ı programu, pˇr´ıpadnˇe od vynulován´ı ˇc´ıtaˇce rtc.25 Nastaven´ı základn´ıho ˇcasu, od kterého se budou poˇc´ıtat tiky ukládané jako ˇcasové znaˇcky vzork˚ u spoˇc´ıvá v tom, ˇze v pˇr´ıkazu pro nastaven´ı ˇcasu je ve formˇe ˇretˇezce uloˇzena ˇcasová znaˇcka ve formátu YY.MM.DD HH.MM.SS, která se vztahuje k ˇcasu, ve kterém byl 24

Takov´ y, kter´ y by udrˇzoval a aktualizoval informace o kalendáˇrn´ım datu a ˇcasu i kdyˇz je zaˇr´ızen´ı odpojené od nap´ ajen´ı 25 Real Time Counter

49

ˇ ezec se uloˇz´ı do znakového bufferu timestamp, vynuluje tento pˇr´ıkaz ze serveru odeslán. Retˇ se hodnota rtc a vymaˇze se pamˇet’ se vzorky. Mazán´ı se provád´ı proto, ˇze ˇcasové znaˇcky u vzork˚ u pˇrestanou b´ yt po vynulován´ı rtc platné. Proto server pˇri nastavován´ı ˇcasu na mˇeˇric´ım zaˇr´ızen´ı nejprve stáhne vˇsechny nestaˇzené vzorky a teprve pro pˇrijet´ı tˇechto dat je provedeno nastaven´ı ˇcasu. Pˇri tomto procesu je nutné brát v u ´vahu komunikaˇcn´ı zpoˇzdˇen´ı. Vzhledem k povaze mˇeˇric´ı u ´lohy ˇreˇsené v této práci ale nehraje zpoˇzdˇen´ı26 tak velkou roli. Nastaven´ı ˇcasu je indikováno hodnotou promˇenné isSet = 1. V´ yˇse popsaná ˇca´st zdrojového kódu je uvedena zde: else if (strncmp(buffer, "<st t=", 6) == 0) { rtcSetTime((long unsigned int) 0); // Vynulov´ an´ ı rtc for (int it = 0; it < 17; it++) { // Pˇ rekop´ ırov´ an´ ı c ˇasov´ e znaˇ cky timestamp[it] = buffer[7 + it]; } make_empty(p_msring); // Vymaz´ an´ ı pamˇ eti n = sprintf(buffer, "<st r=\"ok\" t=\"%s\"/>\n", timestamp); write(hSerial, buffer, n); // Odesl´ an´ ı odpovˇ edi "<st r="ok" t="CASOVA_ZNACKA"/>" serveru isSet = 1; }

5.5

Zas´ıl´ an´ı dat

Vzhledem k tomu, ˇze pˇri testech s bezdrátov´ ym pˇrenosem dat27 pˇres ZigBee docházelo pˇri odes´ılán´ı vˇetˇs´ıho poˇctu vzork˚ u k poˇskozován´ı zprávy, které se projevovalo zámˇenou poˇrad´ı nˇekter´ ych znak˚ u, bylo nutné vytvoˇrit bezpeˇcnostn´ı opatˇren´ı, které spoˇc´ıvá v ˇcekán´ı mezi odes´ılán´ım blok˚ u vzork˚ u. V kaˇzdém bloku je 5 vzork˚ u a karta mezi odes´ılán´ım blok˚ u ˇceká 400 milisekund. Skuteˇcnost ˇze toto opatˇren´ı je funkˇcn´ı ukazuje, ˇze zdroj tˇechto poruch se pravdˇepodobnˇe nacház´ı v komunikaci mezi kartou a ZigBee modulem. Pˇri slabˇs´ım signálu nen´ı patrnˇe modul schopen odes´ılat znaky tak rychle, jak jsou z karty do modulu zapisovány a docház´ı k pˇreteˇcen´ı bufferu v modulu. Toto je vˇsak moje vlastn´ı spekulace. Bliˇzˇs´ı informace o fungován´ı programu pro M-Board lze z´ıskat prostudován´ım zm´ınˇen´ ych zdrojov´ ych kód˚ u, které jsou opatˇreny komentáˇri.

6

Pˇ r´ıprava hardware

Tato ˇca´st se bude vˇenovat pˇr´ıpravˇe a seˇr´ızen´ı jednotliv´ ych hardwarov´ ych souˇcást´ı mˇeˇric´ıho systému.

6.1

´ Uprava mˇ eˇ ric´ı karty

Popis souˇcást´ı karty na obrázc´ıch uveden´ ych n´ıˇze vycház´ı z diplomové práce pana Ing. Ondˇreje Jeˇzka (viz [3]). Nˇekteré parametry vyroben´ ych zaˇr´ızen´ı M-Board se vˇsak od 26

Pˇri testech v budovˇe konventu bylo zjiˇstˇeno, ˇze zpoˇzdˇen´ı zp˚ usobené odbavován´ım dat je nejv´ yˇse 20 vteˇrin. 27 Pˇri komunikaci pˇres RS232 se tato chyba neobjevuje

50

specifikac´ı uveden´ ych v [3] liˇs´ı. V této práci uvád´ım aktuáln´ı stav konkrétn´ı desky MBoard ˇc´ıslo 8. Aby bylo moˇzné pouˇzit exempláˇr ˇc´ıslo 8 karty M-Board, bylo nutné na této kartˇe provést následuj´ıc´ı u ´pravy elektrick´ ych obvod˚ u: 1. Pˇ rip´ ajet nulov´ y odpor na m´ısto, které je znázornˇeno na obrázku 24 na stranˇe 51. Tato u ´prava je nutná ke zprovoznˇen´ı mˇeˇren´ı z AD pˇrevodn´ıku karty. (Provedl jsem na základˇe konzultace s Ing. Tomáˇsem Pern´ ym.) 2. Pˇ rep´ ajet nulov´ y odpor v oblasti znázornˇené na obrázku 25 na stranˇe 52. Na zvˇetˇseném obrázku je vidˇet propojuj´ıc´ı nulov´ y odpor správnˇe pˇripájen´ y na pravé stranˇe ohraniˇcuj´ıc´ıho ˇctverce. Pokud by toto propojen´ı bylo na levé stranˇe ohraniˇcuj´ıc´ıho ˇctverce, na vstupn´ım kanálu 2 by byl mˇeˇren termoˇclánek, a ne potˇrebn´ y napˇet’ov´ y vstup. Zde se nejedná o chybu, ale o zmˇenu nastaven´ı karty. (Provedl jsem na základˇe konzultace s Ing. Ondˇrejem Jeˇzkem.) 3. Dále bylo nutné vymˇenit souˇcástku v obvodu AD pˇrevodn´ıku pro kanál 4. Pˇri testech, které jsem provádˇel, ukazoval pˇrevodn´ık i pˇri pˇripojen´ı minimáln´ıho napˇet´ı hodnotu odpov´ıdaj´ıc´ı horn´ı hranici jeho rozsahu. Zdroj této chyby nalezl a opravil Ing. Ondˇrej Jeˇzek. Chyba byla zp˚ usobena pˇri v´ yrobˇe této konkrétn´ı karty zámˇenou odporu za kondenzátor. Pˇri této pˇr´ıleˇzitosti také Ing. Jeˇzek nastavil rozsah AD pˇrevodn´ık˚ u na hodnoty vhodné pro spolupráci s pouˇzit´ ymi ˇcidly. Velikosti rozsah˚ u jsou uvedeny u obrázku 24.

(a) Celkov´ y pohled

(b) Pˇripájen´ y nulov´ y odpor

Obrázek 24: M-Board ze strany oznaˇcené na desce ploˇsn´ ych spoj˚ u jako BOTTOM. Vstupn´ı rozsah kanál˚ u 4 a 2 je 0 aˇz 1V. Pro kanály 6 a 7 je rozsah 0 aˇz 5V

51

(a) Celkov´ y pohled

(b) Pˇrepájen´ y nulov´ y odpor

Obrázek 25: M-Board ze strany oznaˇcené na desce ploˇsn´ ych spoj˚ u jako TOP

6.2

Zapojen´ı a nap´ ajen´ı ˇ cidel

Pro mˇeˇren´ı teploty a vlhkosti byla pouˇzita dvˇe ˇcidla Humirel HTM1735. Tato ˇcidla ˇ byla pouˇzita jiˇz pˇri pˇredchoz´ı bakaláˇrské práci, kde se osvˇedˇcila. Cidla vyˇzaduj´ı napájen´ı napˇet´ım v rozsahu 4.75 aˇz 5.25 V. Odbˇer je v ˇrádech mA. Na velikosti vstupn´ıho napˇet´ı závis´ı i velikost napˇet´ı v´ ystupn´ıho. Pro mˇeˇren´ı napájec´ıho napˇet´ı ˇcidel vˇsak jiˇz nebyl na 28 kartˇe voln´ y vstup. Proto bylo nutné pouˇz´ıt takov´ y stejnosmˇern´ y zdroj, jehoˇz napˇet´ı nebude kol´ısat. Zakoupil jsem zdroj s nomináln´ım v´ ystupn´ım napˇet´ım 5V pro odbˇer aˇz 1.2A. Pˇri mˇeˇren´ı se ukázalo, ˇze i pˇri odbˇeru 0.2A je napˇet´ı na zdroji 5.36V. Proto byla na základˇe rady od Ing. Jeˇzka do obvodu um´ıstˇena Schottkyho dioda, která napˇet´ı pˇri této zátˇeˇzi sniˇzuje na 4.92 V. S vyhledán´ım diody se správn´ ymi parametry v zásobách souˇcástek v laboratoˇri UL509 mi pomohl Ing. Libor Jel´ınek Ph.D., kter´ y má vybaven´ı této laboratoˇre na starosti. Na obrázku 26 je znázornˇeno zapojen´ı jednoho ˇcidla HTM1735 a zapojen´ı napájen´ı karty. Ze stejného zdroje je pˇres USB konektor napájena i mˇeˇric´ı karta. USB konektor pro napájen´ı byl zvolen z toho d˚ uvodu, ˇze t´ımto zp˚ usobem je moˇzné kartu napájet i zm´ınˇen´ ym napˇet´ım 4.92V, coˇz bylo zjiˇstˇeno na základˇe konzultace s Ing. Jeˇzkem. Zem zdroje, karty a ˇcidel je propojená. Kol´ısán´ı napˇet´ı se projevuje v ˇra´du max 0.01V, coˇz je velmi uspokojivá hodnota. • Napˇet´ı na termistoru venkovn´ıho ˇcidla je mˇeˇreno na kanálu 4. • Napˇet´ı na termistoru vnitˇrn´ıho ˇcidla je mˇeˇreno na kanálu 2. • Napˇet´ı na venkovn´ım ˇcidle relativn´ı vlhkosti je mˇeˇreno na kanálu 6. • Napˇet´ı na vnitˇrn´ım ˇcidle relativn´ı vlhkosti je mˇeˇreno na kanálu 7. 28

Karta m˚ uˇze mˇeˇrit vlastn´ı nap´ ajec´ı napˇet´ı. Podle Ing. Jeˇzka je ale tato funkce nepˇresná.

52

Mˇeˇric´ı kartu a ˇcidla jsem vybavil ˇctyˇrpinov´ ymi nezámˇenn´ ymi konektory, které usnadˇ nuj´ı pˇripojován´ı a odpojován´ı ˇcidel. Prodluˇzovac´ı vodiˇce, kter´ ymi jsou pˇripojena ˇcidla v konventu jsou vybaveny taktéˇz tˇemito konektory. Stejn´ ym zp˚ usobem je pˇripojováno i napájen´ı celého mˇeˇric´ıho systému.

Obrázek 26: Schéma pˇripojen´ı modulu. 1 – NTC: v´ yvod z jedné svorky termistoru; druhá svorka termistoru je napojena na zem (GND); 2 – GND: zem modulu; 3 – Vcc: svorka pro napájen´ı vlhkostn´ıho ˇcidla; 4 – Vout: svorka v´ ystupu vlhkostn´ıho ˇcidla; 5 – 220kΩ rezistor; 6 – napˇet´ı na termistoru; 7 – napájec´ı napˇet´ı obvodu s rezistorem (5) a termistorem; 8 – v´ ystupn´ı napˇet´ı odpov´ıdaj´ıc´ı relativn´ı vlhkosti; 9 – napájec´ı napˇet´ı vlhkostn´ıho ˇcidla

6.3

Nastaven´ı modul˚ u bezdr´ atov´ e komunikace

Pro zajiˇstˇen´ı bezdrátové komunikace mezi PC a M-Boardem je nutné správnˇe nastavit bezdrátové ZigBee moduly. Vzhledem k tomu, ˇze v naˇsem pˇr´ıpadˇe budou mezi sebou komunikovat pouze dva moduly, bude nastaven´ı pomˇernˇe snadné. Nejprve nainstalujeme ovladaˇce adaptéru mezi USB a ZigBee modulem (XBeeU). Ovladaˇce je moˇzné stáhnout z adresy zm´ınˇené v ˇcásti 2.2.2. Program pro automatickou instalaci ovladaˇc˚ u je také souˇcást´ı elektronické pˇr´ılohy této práce. Po nainstalován´ı ovladaˇc˚ u pˇripoj´ıme adaptér s jedn´ım ZibBee modulem k PC. Tento prvn´ı modul nastav´ıme jako koncové zaˇr´ızen´ı / router. Pro nastavován´ı modul˚ u vyuˇzijeme aplikaci X-CTU (zm´ınˇenou rovnˇeˇz v ˇcásti 2.2.2). Dokumentace k X-CTU od jej´ıho v´ yrobce je souˇcást´ı elektronické pˇr´ılohy. Nainstalujeme a spust´ıme aplikaci X-CTU. Objev´ı se okno se ˇctyˇrmi záloˇzkami. Prvn´ı z nich je nazvaná PC Settings. Zde vybereme COM port, na kterém je pˇripojen´ y adaptér a nastav´ıme pˇrenosovou rychlost (standardnˇe 9600 bit/s). Pˇrejdeme na záloˇzku Modem Configuration (znázornˇeno na obrázku 27 na stranˇe 55) a zmáˇckneme tlaˇc´ıtko Read. Naˇcte se souˇcasné nastaven´ı ZigBee modulu. V seznamu nadepsaném Modems vybereme poloˇzkuXB24-ZB a v seznamu Function Set pak poloˇzku ZIGBEE ROUTER AT. V seznamu Version vybereme nejvyˇsˇs´ı ˇc´ıslo (nejnovˇejˇs´ı verzi firmware). Pod tˇemito ovládac´ımi prvky se nacház´ı pole pro nastaven´ı parametr˚ u modulu. 53

1. PAN ID nastav´ıme na 234.

29

2. BaudRate nastav´ıme na 4800 bit/s 3. Node Identifier nastav´ıme na MB“ (jako M-Board) ” Stiskneme tlaˇc´ıtko Write. Nastaven´ı se zap´ıˇse do ZigBee modulu. Je také dobré provedené nastaven´ı uloˇzit do poˇc´ıtaˇce tlaˇc´ıtkem Save. Nastaven´ı (profil) je tak moˇzné znovu pouˇz´ıt. V elektronické pˇr´ıloze jsou pˇrednastavené profily pro oba pouˇzité ZigBee moduly. Nyn´ı odpoj´ıme adaptér od PC, vyjmeme ZigBee modul a pˇripoj´ıme jej k M-Boardu. Do adaptéru dáme druh´ y modul a adaptér pˇripoj´ıme k PC. Opakujeme postup s naˇcten´ım nastaven´ı tlaˇc´ıtkem Read. V seznamu nadepsaném Modems vybereme poloˇzkuXB24-ZB a v seznamu Function Set pak poloˇzku ZIGBEE COORDINATOR AT. V seznamu Version vybereme nejvyˇsˇs´ı ˇc´ıslo (nejnovˇejˇs´ı verzi firmware). 1. PAN ID nastav´ıme na 234. 2. BaudRate nastav´ıme na 4800 bit/s 3. Node Identifier nastav´ıme na PC“ ” Nastaven´ı opˇet necháme zapsat do modulu tlaˇc´ıtkem Write. Pˇrepneme se do záloˇzky PC Settings, kde nastav´ıme novou pˇrenosovou rychlost 480 bit/s. Nyn´ı se pˇredpokládá se, ˇze je M-Board pˇripojen k napájen´ı oba moduly mohou navázat bezdrátové spojen´ı. V X-CTU pˇrejdeme na záloˇzku Terminal. Do terminálového okna nap´ıˇseme +++, znaky by mˇely b´ yt automaticky odeslány do modulu v adaptéru a pˇrepnout jej do pˇr´ıkazového módu. V terminálu by mˇela b´ yt vidˇet odpovˇed’ modulu OK. Potom do Pˇeti vteˇrin nap´ıˇseme ATNDMB a potvrd´ıme Enterem. Odpovˇed’ modulu by mˇela b´ yt opˇet OK. Pokud ano, nap´ıˇseme do terminálu jeˇstˇe pˇr´ıkaz ATWR a opˇet Enter. T´ım je nastaven´ı uloˇzeno do nevolatiln´ı pamˇeti modulu. Nyn´ı máme malou ZigBee s´ıt’.

6.4

Kalibrace ˇ cidel

Hodnota napˇet´ı mˇeˇrená na ˇcidlech je pˇrevádˇena na teplotu a relativn´ı vlhkost na základˇe vzorc˚ u odvozen´ ych z katalogového listu ˇcidel a uveden´ ych v bakaláˇrské práci. Po dvou letech nepouˇz´ıván´ı vˇsak ˇcidla jevila m´ırnou zmˇenu parametr˚ u, která se projevovala nadhodnocen´ım mˇeˇrené teploty o cca 5◦ C a podhodnocen´ım relativn´ı vlhkosti o cca 5%. V´ ysledky z ˇcidel byly konfrontovány s domác´ı meteostanic´ı, dataloggerem Microlog v majetku NKP Kláˇster Plasy a meteorologick´ ym mˇeˇren´ım na stránkách Wolfram Alpha.30 Korekce hodnot z ˇcidel na správné hodnoty je provádˇena v serverové ˇcásti mˇeˇric´ı aplikace. Záznamy z kalibrace a konfiguraˇcn´ı soubor serveru se zadan´ ymi v´ ypoˇcty jsou souˇcást´ı elektronické pˇr´ılohy.

6.5

Drˇ z´ ak a kryt venkovn´ıho ˇ cidla

Jako vhodné m´ısto pro uchycen´ı venkovn´ıho ˇcidla byl vybrán stávaj´ıc´ı stojan meteostanice na rajském dvoˇre konventu. Vˇsechna venkovn´ı zaˇr´ızen´ı jsou tak pohromadˇe. Pˇri sekán´ı 29 30

M˚ uˇze b´ yt i jiné ˇc´ıslo. Mus´ı ale b´ yt na obou modulech nastavené stejnˇe. adresa www.wolframalpha.com a zadané dotazy relative humidity in plasy“ a temperature in plasy“ ” ”

54

Obrázek 27: Okno programu X-CTU a aktivn´ı záloˇzkou Modem Configuration na operaˇcn´ım systému Windows XP trávy na dvoˇre tak personál mus´ı dávat pozor jak na jeden stojan a kabely, které vedou jedn´ım smˇerem.31 Relativnˇe n´ızká vzdálenost ˇcidla od zemˇe nen´ı na ˇskodu mˇeˇren´ı. Aby bylo ˇcidlo chránˇeno pˇred povˇetrnostn´ımi vlivy, vyrobil jsem pro nˇej kryt, tentokrát ze dvou b´ıl´ ych plastov´ ych kvˇetináˇc˚ u32 Kryt je ke stojanu meteostanice uchycen konstrukc´ı ze dˇrevˇen´ ych ˇspal´ık˚ u a kovového profilu ve tvaru L. Kryt s drˇza´kem je znázornˇen na obrázku 28 na stranˇe 56. V konstrukci jsou pouˇzity ˇsrouby M5 délky 50mm. Po obvodu menˇs´ıho (vnitˇrn´ıho) kvˇetináˇce jsou vyvrtány otvory pro proudˇen´ı vzduchu. Vetˇs´ı kvˇetináˇc je zajiˇstˇen drátem proti odfouknut´ı vˇetrem. V dobˇe psan´ı této práce kryt u ´spˇeˇsnˇe ochránil ˇcidlo jiˇz bˇehem dvou siln´ ych bouˇrek. Podrobná fotografická dokumentace konstrukce je v elektronické pˇr´ıloze.

7 7.1

Instalace mˇ eˇ ric´ıho syst´ emu Instalace hardware

Mˇeˇr´ıc´ı systém byl do konventu nainstalován 23. dubna 2010. Bˇehem zkuˇsebn´ıho provozu se ale projevovala chyba v komunikaci popsaná v ˇcásti 5. Mˇeˇric´ı systém byl proto z konventu odmontován, pˇreprogramován a v sobotu 1. kvˇetna do konventu opˇet vrácen. V prvn´ım 31

Je pl´ anov´ ano zakop´ an´ı kabel˚ u patˇr´ıc´ıch k meteostanici i k ˇcidlu poradn´ıho systému cca 5 cm pod zem. 32 Pˇri mˇeˇren´ı bˇehem bakal´ aˇrské pr´ ace byly vyuˇzity jogurtové kel´ımky.

55

Obrázek 28: Kryt a drˇza´k venkovn´ıho ˇcidla. Rozmˇery jsou znaˇceny v mm. t´ ydnu provozu se objevily chyby v komunikaci mezi PC a M-Boardem zp˚ usobené ˇspatn´ ym pˇr´ıjmem signálu. Tento problém byl vyˇreˇsen posunut´ım antény u M-Boardu na okenn´ı ˇr´ımse.33 a instalac´ı vylepˇsené serverové aplikace (viz 7.2). M-Board je um´ıstˇen v ochranné plastové krabici nabarvené z estetick´ ych d˚ uvod˚ u na b´ılo. Na povrchu krabice je kol´ık, pod kter´ ym je resetovac´ı tlaˇc´ıtko karty. Stisknut´ım kol´ıku se M-Board resetuje, tj. zapomene nastaven´ı a namˇeˇrená data, ne mˇeˇric´ı program. Na krabici kastelán kláˇstera, Mgr. Pavel Duchoˇ n um´ıstil popisek, kter´ y návˇstˇevn´ık˚ um sdˇeluje, jak´ y je smysl tohoto vybaven´ı. Vnˇejˇs´ı ˇcidlo je um´ıstˇeno v krytu na stojanu meteostanice, vnitˇrn´ı ˇcidlo je spuˇstˇeno vzduˇsn´ıkovou ˇstˇerbinou pod oknem pod schodiˇstˇe a vis´ı na kabelu cca 2.5m nad podlahou u jiˇzn´ıho vodn´ıho zrcadla. K propojen´ı ˇcidel s M-Boardem byl vyuˇzit kabel vˇenovan´ y ˇ ak – SPELEO. Jedná se o pˇetiˇzilov´ firmou Josef Reh´ y (vyuˇz´ıvány jsou ale pouze 4) st´ınˇen´ y kabel, konstrukˇcnˇe podobn´ y USB kabelu. Kabel k vnˇejˇs´ımu ˇcidlu má délku cca 10m, k vnitˇrn´ımu pak cca 4m. 33

Posun o cca 0.5m k severov´ ychodu – z vnˇejˇs´ı strany okna smˇerem vlevo

56

(a) Stojan meteostanice

(b) M-Board v krytu

Obrázek 29: Kryt vnˇejˇs´ıho ˇcidla uchycen na stojanu meteostanice firmy Josef Rehák – SPELEO a kryt mˇeˇric´ı karty um´ıstˇené u jiˇzn´ıho schodiˇstˇe. Na krytu je logo projektu (Airflow ) a loga univerzity, katedry, kláˇstera a památkového u ´stavu. Na pravé stranˇe krabice s mˇeˇric´ı kartou je ve spodn´ı polovinˇe patrn´ y v´ yvod resetovac´ıho tlaˇc´ıtka. Ke kastelánovu PC v kanceláˇri správy objektu je pˇripojen adaptér XBeeU s XBee modulem nastaven´ ym jako koordinátor. Adaptér s modulem je um´ıstˇen na skˇr´ıni v polovinˇe severozápadn´ı stˇeny kanceláˇre. Adaptér je k PC pˇripojen pomoc´ı 5 m dlouhé aktivn´ı USB prodluˇzovaˇcky (s repeaterem) a cca 1.2 m dlouhého kabelu slouˇz´ıc´ıho také jako redukce z konektoru USB A na USB B. Pˇred pˇripojen´ım adaptéru k PC byly nainstalovány ovladaˇce adaptéru.

7.2

Instalace software

Pro bˇeh mˇeˇric´ı aplikace je nutné, aby na PC byl nainstalován Java Runtime Environment. Na nˇekter´ ych stoj´ıch (jako kastelán˚ uv sluˇzebn´ı) b´ yvá jiˇz nainstalován, v opaˇcném pˇr´ıpadˇe je moˇzné instalaci stáhnout z http://www.java.com. (Nyn´ı budeme pˇredpokládat, ˇze Java Runtime Environment je nainstalován v adresáˇri C:\Program\Files\Java\jre1.6.0. Po instalaci Javy nakop´ırujeme do sloˇzky jre1.6.0\bin soubory rxtxParallel.dll (tento jen pro u ´plnost) a rxtxSerial.dll (tento nezbytnˇe) z knihovny RXTX.34 Tyto DLL knihovny umoˇzn´ı virtuáln´ımu stroji Java pˇristupovat k paraleln´ı a hlavnˇ e s´ eriov´ e lince. Následnˇe vezmeme sestaven´ y netBeans projekt mˇeˇric´ı aplikace a nakop´ırujeme jej 35 do libovolné sloˇzky. V této sloˇzce tedy bude soubor airflow server.jar a potom sloˇzka lib, ve které se nacházej´ı dalˇs´ı JAR knihovny tˇret´ıch stran zm´ınˇené na zaˇca´tku práce a knihovna libdev. Dále v této sloˇzce vytvoˇr´ıme podsloˇzku airflow client, ve které budou um´ıstˇeny konfiguraˇcn´ı soubory klienta a airflow server pro konfiguraˇcn´ı soubory serveru. Dále vytvoˇr´ıme podsloˇzku export pro archivaci dat a grafy pro ukládán´ı graf˚ u. 34 35

Lze st´ ahnout z http://www.rxtx.org a je souˇcást´ı elektronické pˇr´ılohy. V pˇr´ıpadˇe PC v kl´ aˇsteˇre se jedn´ a o C:\Program Files\airflow measurement.

57

Popsaná struktura sloˇzek i s potˇrebn´ ymi konfiguraˇcn´ımi soubory vytvoˇren´ ymi pro pouˇzit´ı v konventu je souˇcást´ı elektronické pˇr´ılohy. Abychom doc´ılili spouˇstˇen´ı serveru a klienta spolu se spuˇstˇen´ım poˇc´ıtaˇce, je nejjednoduˇsˇs´ı vyuˇz´ıt mechanismus poskytovan´ y operaˇcn´ım systémem a (v pˇr´ıpadˇe OS Windows) vytvoˇrit zástupce pro spouˇstˇen´ı serveru a klienta v poloˇzce Po spuˇstˇen´ı v nab´ıdce Start. Jak jiˇz bylo uvedeno dˇr´ıve, server i klient se spouˇstˇej´ı ze stejného binárn´ıho souboru. Liˇs´ı se jen parametr pro virtuáln´ı stroj udávaj´ıc´ı spouˇstˇec´ı tˇr´ıdu. Zástupce pro spouˇstˇen´ı serveru má následuj´ıc´ı parametry: C´ıl: C:\WINDOWS\system32\javaw.exe -cp "C:\Program Files\airflow_measurement \airflow_server.jar" airflow_server.server.Server "C:\Program Files \airflow_measurement\airflow_server\server_settings.xml" Spustit v: "C:\Program Files\airflow_measurement" V pˇr´ıpadˇe klienta jsou parametry následuj´ıc´ı: C´ıl: C:\WINDOWS\system32\javaw.exe -cp "C:\Program Files\airflow_measurement \airflow_server.jar" airflow_server.client.ClientSatrter "C:\Program Files \airflow_measurement\airflow_client\client_settings.xml" Spustit v: "C:\Program Files\airflow_measurement" Dne 9. kvˇetna byla klientská monitorovac´ı aplikace nainstalována také na PC, které vyuˇz´ıvá zástupkynˇe kastelána, Sylva Kroˇcáková. V pˇr´ıpadˇe, ˇze je spuˇstˇen kastelán˚ uv PC, ’ je moˇzné se pˇres lokáln´ı s´ıt pˇripojit k mˇeˇric´ımu serveru a zobrazovat doporuˇcen´ y zp˚ usob vˇetrán´ı a mˇeˇrená data i na tomto druhém poˇc´ıtaˇci. Jako souˇcást této práce vznikl také uˇzivatelsk´ y návod pro mˇeˇric´ı software. Tento návod je samostatnou pˇr´ılohou, která byla pˇredána personálu NKP Kláˇster Plasy a v elektronické podobˇe m˚ uˇze b´ yt nalezena na internetov´ ych stránkách tohoto projektu [2].

58

Obrázek 30: Okno zobrazuj´ıc´ı mˇeˇrená data (kastelán˚ uv PC, 15. kvˇetna 2010)

7.3

Uk´ azka namˇ eˇ ren´ ych dat

Na obrázku 31 na stranˇe 60 m˚ uˇzeme vidˇet záznam mˇeˇren´ı z obdob´ı od 1. do 15. kvˇetna 2010. Bˇehem tohoto obdob´ı bylo moˇzné vˇetrat (a také vˇetráno bylo) pouze 1. kvˇetna a proto nen´ı nutné v tomto grafu zobrazovat záznam stavu oken a dveˇr´ı. V´ ypadek mˇeˇren´ı v obdob´ı od 7. do 9. kvˇetna byl zp˚ usoben nekvalitn´ım pˇr´ıjmem komunikaˇcn´ıho signálu, v´ ypadek v noci mezi 9. a 10. kvˇetnem byl zp˚ usoben bouˇrkou a ztrátou napájen´ı na cca 2 hodiny. Pamˇet’ zaˇr´ızen´ı se tedy vymazala a mˇeˇren´ı zaˇcalo aˇz 10. kvˇetna ráno po automatickém nastaven´ı zaˇr´ızen´ı serverem. 14. kvˇetna nebyl zapnut poˇc´ıtaˇc, na kterém bˇeˇz´ı server a nebyla staˇzena data. Do pamˇeti zaˇr´ızen´ı nastavené na lineárn´ı reˇzim tedy po jej´ım zaplnˇen´ı nebyly ukládány dalˇs´ı vzorky a ukládán´ı pokraˇcovalo aˇz po kontaktován´ı serverem 15. kvˇetna ráno a staˇzen´ı dat. Na obrázku 31 m˚ uˇzeme na spodn´ım podgrafu vidˇet signál znázorˇ nuj´ıc´ı doporuˇcen´ y reˇzim vˇetrán´ı. Doporuˇcen´ y reˇzim má v daném ˇcase hodnotu 1. Jak jiˇz bylo uvedeno dˇr´ıve, mˇeˇric´ı systém nemá k dispozici u ´daje o teplotˇe ve druhém patˇre budovy, kde je nejtepleji. Doporuˇcen´ı systému se vztahuje pouze na zabránˇen´ı kondenzace vodn´ı páry v pˇr´ızem´ı. Zákaz vˇetrán´ı je platn´ y vˇzdy. Pokud vˇsak systém vˇetrán´ı doporuˇc´ı, mus´ı obsluha posoudit, zda je teplota vnˇejˇs´ıho vzduchu vyˇsˇs´ı, neˇz teplota ve druhém patˇre, aby se budova neochlazovala. Uˇcinˇen´ı odhadu t´ ykaj´ıc´ıho se teploty je vˇsak mnohem jednoduˇsˇs´ı, neˇz uˇcinˇen´ı podobného odhadu t´ ykaj´ıc´ıho se vzduˇsné vlhkosti. Ten je tedy ˇreˇsen mˇeˇric´ım systémem.

59

Květen 2010 Měření z M-Boardu, konvent 20,0

Teplota (°C)

17,5 15,0 12,5 10,0 7,5 5,0 2,5

Teplota (°C)

7,5

5,0

2,5

0,0

-2,5 110


100 90 80 70 60 50 40 30

alarm

1,0 0,5 0,0 1-V

2-V

3-V

4-V

5-V

6-V

7-V

8-V

9-V

10-V

11-V

12-V

13-V

14-V

15-V

Čas (středoevropský letní) Teplota venku

Teplota uvnitř

Relativní vlhkost uvnitř

Rosný bod venku

Větrání nevhodné

Rosný bod uvnitř

Relativní vlhkost venku

Větrání možné

Obrázek 31: Souhrn dat namˇeˇren´ ych za obdob´ı od 1. do 15. kvˇetna 2010

60

16-V

8

Z´ avˇ er

C´ılem této práce bylo vytvoˇren´ı bezdrátového mˇeˇric´ıho a poradn´ıho systému pro sn´ıˇzen´ı vlhkosti a zv´ yˇsen´ı teploty vzduchu v památkov´ ych budovách pomoc´ı správného zp˚ usobu vˇetrán´ı. Tato u ´loha byla ˇreˇsena na konkrétn´ım pˇr´ıkladu budovy konventu b´ yvalého cisterciáckého kláˇstera v Plas´ıch. V pˇredchoz´ı (bakaláˇrské) práci [1] byly urˇceny veliˇciny, které je nutné mˇeˇric´ım systémem sledovat a m´ısta v konventu, která jsou pro um´ıstˇen´ı ˇcidel vhodná. V této práci je uveden návrh mˇeˇric´ıho systému vyuˇz´ıvaj´ıc´ıho univerzáln´ı mˇeˇric´ı a ˇr´ıdic´ı desku zvanou M-Board, která byla v pˇredchoz´ıch letech vyvinuta ve spolupráci ˇ (viz [3]). Toto zaˇr´ızen´ı je velmi Katedry kybernetiky a Fakulty elektrotechnické ZCU vhodné d´ıky mal´ ym rozmˇer˚ um, moˇznosti vyuˇzit´ı bezdrátové komunikace pomoc´ı modul˚ u ZigBee (v´ yrobce Digi International ) a moˇznosti pˇripojen´ı ˇcidel vlhkosti a teploty Humirel HTM1735, která se jiˇz osvˇedˇcila v pr˚ ubˇehu bakaláˇrské práce. Pro zaˇr´ızen´ı M-Board jsem vytvoˇril program v jazyce C, kter´ y zajiˇst’uje periodické mˇeˇren´ı hodnot na napˇet’ov´ ych vstupech, ukládá data do vnitˇrn´ı pamˇeti M-Boardu a pomoc´ı ZigBee ˇci RS232 tato data odes´ılá na PC vybavené softwarem pro vyhodnocován´ı dat. Mˇeˇric´ı aplikace pro PC, kterou jsem vytvoˇril v jazyce Java je rozdˇelena na dvˇe samostatné ˇca´sti. Prvn´ı ˇcást´ı je server, kter´ y komunikuje pˇr´ımo s mˇeˇric´ım zaˇr´ızen´ım. Server automaticky stahuje data ze zaˇr´ızen´ı a umoˇzn ˇuje nastavovat parametry mˇeˇren´ı. Dále potom provád´ı vyhodnocován´ı a archivaci dat. Budovu je moˇzné provˇetrávat tehdy, kdyˇz rosn´ y bod vnˇejˇs´ıho vzduchu je niˇzˇs´ı, neˇz teplota nejstudenˇejˇs´ıho m´ısta uvnitˇr budovy. V opaˇcném pˇr´ıpadˇe je vˇetrán´ı zakázáno. T´ım se pˇredejde kondenzaci vodn´ı páry v interiérech. Druhou ˇca´st´ı aplikace je klient, kter´ y se se serverem spojuje pomoc´ı protokolu XMLRPC. Klient v grafickém rozhran´ı zobrazuje personálu data, která z´ıskal od serveru. Dále potom klient sdˇeluje personálu vizuáln´ım signálem vhodnost ˇci nevhodnost vˇetrán´ı. Od kvˇetna 2010 je vyvinut´ y mˇeˇric´ı systém nainstalován a provozován v budovˇe konventu. M-Board je um´ıstˇen v krabici s logem projektu Airflow a katedry kybernetiky v rizalitu jiˇzn´ıho schodiˇstˇe budovy. Jedno ˇcidlo vlhkosti a teploty je um´ıstˇeno na stojanu ˇ ak - SPELEO na rajském dvoˇre konventu (mˇeˇren´ı meteostanice patˇr´ıc´ı firmˇe Josef Reh´ vnˇejˇs´ıho vzduchu), druhé ˇcidlo je spuˇstˇeno pod schodiˇstˇe cca 2, 5m nad podlahu u jiˇzn´ıho vodn´ıho zrcadla (Mˇeˇr´ı teplotu a vlhkost na nejstudenˇejˇs´ım m´ıstˇe). Mˇeˇric´ı systém je vytvoˇren tak, aby zamezil kondenzaci vzduˇsné vlhkosti v budovˇe. Pokud systém zakáˇze vˇetrán´ı, je tento zákaz platn´ y vˇzdy. Pokud ale vˇetrán´ı doporuˇc´ı, mus´ı obsluha pˇred otevˇren´ım oken jeˇstˇe uváˇzit, zda je teplota vnˇejˇs´ıho vzduchu vyˇsˇs´ı, neˇz teplota ve druhém patˇre budovy, aby se konvent neochlazoval. Toto omezen´ı je dáno t´ım, ˇze nebylo moˇzné k M-Boardu pˇripojit tˇret´ı ˇcidlo a um´ıstit jej v rizalitu o cca 12 metr˚ u v´ yˇse, neˇz je tato mˇeˇric´ı karta. Porovnán´ı teplot venku a uvnitˇr lze vˇsak dobˇre provést odhadem, na rozd´ıl od porovnán´ı vlhkost´ı. Serverová aplikace je nainstalována na sluˇzebn´ım PC kastelána v kanceláˇri správy objektu. Komunikace s mˇeˇric´ım zaˇr´ızen´ım v rizalitu prob´ıhá pˇres ZigBee na vzduˇsnou vzdálenost cca 30 metr˚ u. Klientská aplikace je pak nainstalována jak na kastelánovˇe poˇc´ıtaˇci, tak na sluˇzebn´ım poˇc´ıtaˇci zástupkynˇe kastelána. Program pro M-Board byl vyv´ıjen v jazyce C v prostˇred´ıch Eclipse a IAR Embedded Workbench for ARM. Software pro PC byl vyv´ıjen v jazyce Java v prostˇred´ı NetBeans s 61

pouˇzit´ım softwarov´ ych knihoven tˇret´ıch stran pro práci se sériovou linkou PC, práci s XML soubory, kreslen´ı a ukládán´ı graf˚ u do PNG, SVG a PDF, pro provádˇen´ı nˇekter´ ych matematick´ ych operac´ı a komunikaci pomoc´ı XML-RPC. Tyto knihovny jsou bl´ıˇze popsány v ˇca´sti 2.3 této práce. Postupy t´ ykaj´ıc´ı se hardware jsem konzultoval s Ing. Ondˇrejem Jeˇzkem a Ing. Tomáˇsem Pern´ ym z KKY. V dobˇe psan´ı tˇechto ˇrádek bˇeˇz´ı mˇeˇric´ı systém v konventu jiˇz v´ıce neˇz dva t´ ydny. Bˇehem této doby se vyskytl pouze problém s malou silou komunikaˇcn´ıho signálu, kter´ y byl vyˇreˇsen posunut´ım antény pˇripojené k M-Boardu. Také doˇslo k v´ ypadku napájen´ı elektˇrinou bˇehem bouˇrky v noci z 9. na 10. kvˇetna a vymazán´ı vzork˚ u uloˇzen´ ych v pamˇeti mˇeˇric´ıho zaˇr´ızen´ı za posledn´ıch cca 6 hodin, avˇsak po spuˇstˇen´ı PC se serverovou aplikac´ı následuj´ıc´ı den ráno bylo mˇeˇric´ı zaˇr´ızen´ı serverem opˇet automaticky nastaveno a pokraˇcovalo v ˇcinnosti. Data namˇeˇrená pˇres noc jsou nav´ıc jak´ ymsi bonusem a pomáhaj´ı k pochopen´ı reakc´ı budovy na r˚ uzné klimatické podm´ınky. Kl´ıˇcové je, aby bylo mˇeˇren´ı dostupné pˇres den, kdy je v budovˇe personál a m˚ uˇze ovlivˇ novat proudˇen´ı vzduchu manuáln´ım zav´ırán´ım a otev´ırán´ım oken. Tento poˇzadavek mˇeˇric´ı systém splˇ nuje a poskytuje obsluze správné informace v okamˇzic´ıch, kdy je to potˇreba a naopak ji zbyteˇcnˇe nezatˇeˇzuje, kdyˇz to potˇreba nen´ı. Aktuáln´ı informace o tomto projektu (nazvaném Airflow) je moˇzné sledovat na m´ ych internetov´ ych stránkách http://www.michalsiroky.com/airflow a na internetov´ ych stránkách plaského kláˇstera http://www.klaster-plasy.cz.

62

Reference ˇ [1] Michal Sirok´ y, Návrh prototypu pro stabilizaci klimatických podm´ınek v konventu ˇ v Plzni (2008) plaského kláˇstera, bakaláˇrská práce na Katedˇre kybernetiky ZCU ˇ [2] Michal Sirok´ y, Internetové stránky projektu Airflow, [online]. [2010] Dostupn´ y z WWW: http://www.michalsiroky.com/airflow ˇ [3] Ondˇrej Jeˇzek, Univerzáln´ı ˇr´ıdic´ı deska, diplomová práce na Katedˇre kybernetiky ZCU v Plzni (2008) [4] Doc. Dr. Ing. Vjaˇceslav Georgiev, Obvodové schéma mˇeˇric´ı a ˇr´ıdic´ı desky M-Board (neoficiáln´ı název, intern´ı dokument univerzity / katedry) [5] Josef Kalˇc´ık, Karel S´ ykora: Technická termomechanika, Academia Praha (1973) [6] REX Controls – Developers Zone [online]. [2010] Dostupn´ y z WWW: http://www.rexcontrols.cz/devzone [7] Wolfram Alpha [online]. [2010] Dostupn´ y z WWW: http://www.wolframalpha.com ˇ (UL518, [8] Konzultace s Ing. Ondˇrejem Jeˇzkem z Katedry kybernetiky FAV ZCU ˇ [email protected]) a Ing. Tomáˇsem Pern´ ym z Katedry kybernetiky FAV ZCU (UK511, [email protected]) [9] Doc. Ing. Pavel Herout Ph.D., Uˇcebnice jazyka Java, Kopp 2005 [10] Doc. Ing. Pavel Herout Ph.D., Uˇcebnice jazyka C – 1. d´ıl, Kopp 2006 [11] Doc. Ing. Pavel Herout Ph.D., Uˇcebnice jazyka C – 2. d´ıl, Kopp 2006 [12] The Java Tutorials [online]. [2010] Tutoriály jazyka Java. Dostupn´ y z WWW: http://java.sun.com/docs/books/tutorial [13] Elliotte Rusty Harold, Processing XML with Java [online]. [2003] Dostupn´ y z WWW: http://www.cafeconleche.org/books/xmljava [14] Tutoriály pro kreslen´ı graf˚ u v jazyce Java [online]. [2010] Dostupn´ y z WWW: http://www.java2s.com/Code/Java/Chart/CatalogChart.htm [15] Internetové stránky projektu JDOM pro práci s XML soubory v jazyce Java. [2010] Dostupn´ y z WWW: http://www.jdom.org [16] Internetové stránky projektu Apache XML-RPC [2010] Dostupn´ y z WWW: http://ws.apache.org/xmlrpc [17] Internetové stránky projektu Apache Commons - Math [2010] Dostupn´ y z WWW: http://commons.apache.org/math [18] Projekt JFreeChart – knihovna pro kreslen´ı graf˚ u v jazyce Java [2010] Dostupn´ yz WWW: http://www.jfree.org/jfreechart

63

[19] Internetové stránky projektu Batik SVG Toolkit pro práci s SVG soubory v jazyce Java [2010] Dostupn´ y z WWW: http://xmlgraphics.apache.org/batik [20] Internetové stránky projektu iText – knihovna pro práci s PDF soubory v jazyce Java [2010] Dostupn´ y z WWW: http://itextpdf.com [21] UML editor UMLet UMLet [2010] Dostupn´ y z WWW: http://www.umlet.com [22] V´ yvojové prostˇred´ı NetBeans [2010] Dostupn´ y z WWW: http://netbeans.org [23] Internetové stránky v´ yvojového prostˇred´ı IAR Embedded Workbench for ARM [2010] Dostupn´ y z WWW: http://iar.com/website1/1.0.1.0/68/1 [24] V´ yvojové prostˇred´ı Eclipse [2010] Dostupn´ y z WWW: http://www.eclipse.org [25] Internetové stránky firmy Oracle [2010] Dostupn´ y z WWW: http://www.oracle.com/us/index.html [26] Internetové stránky projektu RXTX – knihovna pro práci se sériovou a paraleln´ı linkou v jazyce Java [2010] Dostupn´ y z WWW: http://www.rxtx.org/ [27] Licence Apache v. 2.0 [2004] Dostupn´ y z WWW: http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0 [28] Licence LGPL [2007] Dostupn´ y z WWW: http://www.gnu.org/copyleft/lesser.html [29] GNU Affero General Public License [2007] Dostupn´ y z WWW: http://www.gnu.org/licenses/agpl-3.0.html [30] Everaldo Coelho, Ikony Crystal Icons, http://everaldo.com/crystal [31] Pr˚ uvodcovské texty a intern´ı dokumenty plaského kláˇstera ˇ ak sen., Josef Reh´ ˇ ak jun. Nové poznatky o vodn´ım systému kláˇstera v [32] Josef Reh´ Plas´ıch. v Plaský kláˇster a jeho minulý i souˇcasný pˇr´ınos pro kulturn´ı dˇejiny. 1. vyd. [s.l.] : [s.n.], [2005]. s. 39-48. [33] Digi International [online]. [2010] Internetové stránky v´ yrobce pouˇzit´ ych modul˚ u bezdrátové komunikace XBee. Dostupn´ y z WWW: http://www.digi.com [34] Snail Instruments [online]. [2010] Internetové stránky prodejce elektronick´ ych souˇcástek, zdroj katalogového listu k adaptéru Bbee/USB. Dostupn´ y z WWW: http://www.snailinstruments.com [35] Katalogový list produktu XBeeU http://www.snailinstruments.com

[online].

[2010]

Dostupn´ y

z

WWW:

[36] Katalogový list produktu Humirel HTM1735 [online]. [2010] Dostupn´ y z WWW: http://www.meas-spec.com [37] Manuál k XBee modulu – Product Manual: XBee / XBee-PRO ZB OEM RF Modules [online]. [2010] Dostupn´ y z WWW: http://www.digi.com/products/wireless/ zigbee-mesh/xbee-zb-module.jsp#docs [38] FreeRTOS [online]. [2010] Dostupn´ y z WWW: http://www.freertos.org 64

Západočeská univerzita v Plzni Fakulta aplikovaných věd Katedra kybernetiky. v historických budovách

Recommend Documents