Západočeská univerzita v Plzni Fakulta aplikovaných věd Katedra informatiky a výpočetní techniky. Arduino: Automatizovaný skleník

Za´padoˇceska´ univerzita v Plzni Fakulta aplikovanyćh vˇed Katedra informatiky a vy´poˇcetn´ı techniky

Bakal´ aˇ rsk´ a pr´ ace Arduino: Automatizovan´ y sklen´ık

Plzeˇ n, 2014

Lukáˇs Vávra

Prohl´ aˇ sen´ı Prohlaˇsuji, ˇze jsem bakaláˇrskou práci vypracoval samostatnˇe a v´ yhradnˇe s pouˇzit´ım citovan´ ych pramen˚ u. V Plzni dne 9. kvˇetna 2014 Lukáˇs Vávra

Abstract This work describes the creation of greenhouse automatic control system using programmable module Arduino UNO. The system consists of three parts – control unit, control application and database server. System realization includes the assembly of control unit from the Arduino module, necessary shields and sensors and the software development for all three parts. Each part is developed in the programming language that is supported by the platform.

Abstrakt V této práci je popsáno vytvoˇren´ı systému pro automatické ˇr´ızen´ı sklen´ıku vyuˇz´ıvaj´ıc´ı programovateln´ y modul Arduino UNO. Systém se skládá ze tˇr´ı ˇcást´ı – ˇr´ıd´ıc´ı jednotky, ovládac´ı aplikace a databázového serveru. Realizace systému zahrnuje sestaven´ı ˇr´ıd´ıc´ı jednotky z modulu Arduino, potˇrebn´ ych shield˚ u a senzor˚ u a vytvoˇren´ı programového vybaven´ı vˇsech tˇr´ı ˇcást´ı. Kaˇzdá ˇcást je vyv´ıjena v programovac´ım jazyce, kter´ y je danou platformou podporován.

Obsah ´ 1 Uvod

1

2 Z´ akladn´ı informace 2.1 Arduino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Principy pˇestován´ı ve sklen´ıku . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 2 3

3 N´ avrh syst´ emu ˇ 3.1 R´ıd´ıc´ı jednotka sklen´ıku . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Uˇzivatelské rozhran´ı v PC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3 Vzdálená správa pˇres server . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 4 6 7

4 Program pro Arduino 4.1 Pamˇet’ová omezen´ı . . . . . . 4.2 Operace se soubory . . . . . . 4.3 Pˇripojen´ı k s´ıti . . . . . . . . 4.4 Ovládán´ı v´ ystupn´ıch zaˇr´ızen´ı . 4.5 Záznamy . . . . . . . . . . . .

. . . . .

8 8 10 13 16 19

5 Ovl´ adac´ı aplikace pro PC 5.1 Lokáln´ı pˇr´ıstup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Vzdálen´ y pˇr´ıstup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3 Nastaven´ı Arduina a prohl´ıˇzen´ı záznam˚ u . . . . . . . . . . . .

20 20 21 24

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

6 Aplikace pro webov´ y server 26 6.1 Databázov´ y model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 6.2 Knihovna PDO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 6.3 Rozhran´ı pro Arduino a PC aplikaci . . . . . . . . . . . . . . . 27 7 Diskuze a budouc´ı pr´ ace

29

8 Z´ avˇ er

30

Literatura

31

A Uˇ zivatelsk´ a pˇ r´ıruˇ cka A.1 Zaloˇzen´ı sklen´ıku a naˇcten´ı dat z SD karty A.2 Vzdálená správa . . . . . . . . . . . . . . . A.3 Nastaven´ı Arduina . . . . . . . . . . . . . A.4 Nastaven´ı ovládán´ı . . . . . . . . . . . . . A.5 Zobrazen´ı záznam˚ u . . . . . . . . . . . . .

34 35 35 36 36 37

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

´ 1 Uvod C´ılem této práce je vytvoˇrit finanˇcnˇe dostupn´ y systém pro automatizované ˇr´ızen´ı pˇestebn´ıho procesu v mal´ ych sklen´ıc´ıch, kter´ y bude poskytovat moˇznosti komerˇcnˇe prodávan´ ych systém˚ u. Problémem komerˇcn´ıch zaˇr´ızen´ı je pomˇernˇe vysoká poˇrizovac´ı cena, ˇc´ımˇz se pro drobné pˇestitele stávaj´ı nedostupn´ ymi. Levná zaˇr´ızen´ı zase poskytuj´ı omezené moˇznosti ovládán´ı, které mohou b´ yt pro nároˇcnˇejˇs´ı plodiny nedostaˇcuj´ıc´ı. Oba tyto problémy by mohlo vyˇreˇsit pouˇzit´ı open-source prostˇredk˚ u a finanˇcnˇe dostupn´ ych programovateln´ ych modul˚ u. V naˇsem pˇr´ıpadˇe je pro ˇr´ıd´ıc´ı jednotku pouˇzit modul ArduinoTM UNO1 . K Arduinu2 jsou pˇripojeny rozˇsiˇruj´ıc´ı moduly pro pˇr´ımou komunikaci s uˇzivatelem, pˇripojen´ı k s´ıti a práci s microSD kartou, dále pak relé pro ovládán´ı v´ ystupn´ıch zaˇr´ızen´ı a sn´ımaˇce teploty a vlhkosti. Zbylou ˇcást systému tvoˇr´ı pˇredevˇs´ım PC aplikace vytvoˇrená v jazyce Java [1]. Tato aplikace slouˇz´ı k v´ ychoz´ı konfiguraci jednotky a pro vizualizaci zaznamenan´ ych dat. Pˇrenos dat mezi Arduinem a aplikac´ı v PC je realizován prostˇrednictv´ım soubor˚ u na microSD kartˇe nebo vzdálen´ ym pˇripojen´ım pˇres Internet. Karta v ˇr´ıd´ıc´ı jednotce slouˇz´ı zároveˇ n jako u ´loˇziˇstˇe zaznamenan´ ych dat. V pˇr´ıpadˇe vzdáleného pˇripojen´ı do systému vstupuje spojovac´ı uzel (dále jen server), kter´ ym je kombinace PHP aplikace a MySQL databáze [2]. Server uchovává konfiguraci ovládán´ı sklen´ıku a zaznamenaná data v databázi, pˇriˇcemˇz k nim uˇzivateli i Arduinu umoˇzn ˇuje pˇr´ıstup prostˇrednictv´ım HTTP protokolu. Následuj´ıc´ı kapitola obsahuje krátké shrnut´ı informac´ı o Arduinu a popis princip˚ u pˇestován´ı plodin ve sklen´ıc´ıch. Dalˇs´ı kapitoly pojednávaj´ı o návrhu a realizaci jednotliv´ ych ˇca´st´ı systému a formát˚ u dat pro pˇrenos informac´ı mezi tˇemito ˇca´stmi. Pˇred závˇereˇcnou kapitolou jsou jeˇstˇe diskutovány aspekty moˇzného vylepˇsen´ı systému.

1 2

http://arduino.cc/en/Main/arduinoBoardUno http://cs.wikipedia.org/wiki/Arduino

1

2 Základn´ı informace Pˇred vlastn´ım návrhem systému je zapotˇreb´ı se seznámit s pouˇzit´ ym programovateln´ ym modulem Arduino a zjistit, na základˇe jak´ ych informac´ı je vhodné sklen´ık ovládat.

2.1

Arduino

Obrázek 2.1: Arduino UNO R3 Arduino UNO je elektronická platforma slouˇz´ıc´ı k tvorbˇe prototyp˚ u [3, 4]. Z hlavn´ı ˇca´sti je tvoˇrena mikrokontrolérem Atmel ATMega328 [5], coˇz je osmibitov´ y mikroprocesor s vestavˇenou 32 kB Flash pamˇet´ı (urˇcenou pro uloˇzen´ı programu), 2 kB SRAM operaˇcn´ı pamˇet´ı a 1 kB pamˇet´ı EEPROM. Zbylou ˇcást platformy tvoˇr´ı pˇrevodn´ık z USB na RS 232 a napájen´ı. Mikrokontrolér v Arduinu je vybaven bootloaderem, kter´ y zab´ırá 0,5 kB programové pamˇeti v pˇr´ıpadˇe modelu UNO. Bootloader slouˇz´ı k pohodlnému pˇrenosu programu z v´ yvojového prostˇred´ı do mikrokontroléru prostˇrednictv´ım USB portu. T´ım odpadá nutnost m´ıt k dispozici programátor mikrokontrolér˚ u. Arduino je také velmi variabiln´ı nástroj d´ıky své modularitˇe. K desce lze velmi snadno pˇripojit rozˇsiˇruj´ıc´ı moduly, tzv. Shieldy, a dalˇs´ı samostatné periferie, pomoc´ı kter´ ych z´ıskává nesˇcetné mnoˇzstv´ı vyuˇzit´ı [6, 7, 8]. Platforma byla p˚ uvodnˇe vyvinuta jako jednoduch´ y nástroj pro studenty. Jej´ı popularita vˇsak ˇcasem vzrostla a dnes Arduino vyuˇz´ıvá mnoho jednotlivc˚ u i komunit po celém svˇetˇe. Tomu odpov´ıdá i pomˇernˇe velké mnoˇzstv´ı webov´ ych stránek a diskuzn´ıch fór vˇenovan´ ych právˇe Arduinu. 2

Základn´ı informace

Principy pˇestován´ı ve sklen´ıku

Programován´ı Arduina prob´ıhá v dodávaném prostˇred´ı1 , které je vytvoˇreno v jazyce Java. Samotné programován´ı Arduina prob´ıhá v jazyce C/C++ [9]. Ten je pro tyto potˇreby rozˇs´ıˇren o funkce pro práci se vstupy a v´ ystupy, textov´ ymi ˇretˇezci, sériov´ ym portem, správou pˇreruˇsen´ı a ˇcasem ve formˇe uplynul´ ych mikrosekund od spuˇstˇen´ı mikrokontroléru. Na [10] existuje mnoho dalˇs´ıch volnˇe dostupn´ ych knihoven a jiné praktické rady pro vˇsemoˇzné vyuˇzit´ı Arduina. Podrobn´ y popis v´ yvojového prostˇred´ı a procesu kompilace programu vˇcetnˇe jeho nahrán´ı do mikroˇcipu je k dispozici v [11]. Pro pˇreloˇzen´ı programu do jazyka mikrokontroléru je pouˇzit volnˇe dostupn´ y nástroj avrgcc2 , pro upload zkompilovaného programu slouˇz´ı avrdude3 .

2.2

Principy pˇ estov´ an´ı ve sklen´ıku

Pˇestován´ı ve sklen´ıc´ıch je stále velmi obl´ıbené. D˚ uvod˚ u je mnoho, poˇc´ınaje finanˇcn´ı stránkou, kdy ceny potravin rostou ne´ umˇernˇe k mzdám, a konˇce ned˚ uvˇerou k prodávan´ ym produkt˚ um. Sklen´ıky proto b´ yvaj´ı ned´ılnou souˇcást´ı kaˇzdé venkovské i pˇr´ımˇestské zahrady. Provoz sklen´ıku vˇsak pˇrináˇs´ı svá specifika. V prvn´ı ˇradˇe je potˇreba plodiny zavlaˇzovat, protoˇze uvnitˇr sklen´ıku nemohou z´ıskávat vláhu z deˇstˇe. Zavlaˇzován´ı by mˇelo b´ yt u ´ˇcelné a u ´sporné, voda by se mˇela k rostlinám pˇrivádˇet pouze v potˇrebném mnoˇzstv´ı a nejlépe pˇr´ımo ke koˇren˚ um. V letn´ıch mˇes´ıc´ıch hroz´ı, ˇze dojde k pˇrehˇr´ıván´ı vzduchu uvnitˇr sklen´ıku. Dalˇs´ım problémem je vyˇsˇs´ı vzduˇsná vlhkost, která m˚ uˇze vést k tvorbˇe pl´ısn´ı a jin´ ych chorob. Tˇemto problém˚ um lze pˇredej´ıt zvolen´ım vhodného systému zavlaˇzován´ı a ventilace [12, 13]. Pˇred návrhem systému pro automatické ˇr´ızen´ı sklen´ıku je tˇreba si nejdˇr´ıve uvˇedomit, jak´ ym zp˚ usobem a na základˇe jak´ ych informac´ı je vhodné pˇestován´ı rostlin ˇr´ıdit. V´ ystupem by mˇelo b´ yt ovládán´ı zavlaˇzován´ı a vˇetrán´ı. Na [14] je moˇzné naj´ıt mnoˇzstv´ı ˇclánk˚ u pojednávaj´ıc´ıch o podm´ınkách potˇrebn´ ych pro pˇestován´ı r˚ uzn´ ych plodin, pˇriˇcemˇz primárn´ımi ukazateli jsou teplota a vlhkost. Informace nutné pro ˇr´ızen´ı lze z´ıskat vyuˇzit´ım sn´ımaˇc˚ u fyzikáln´ıch veliˇcin, ze kter´ ych jsou nejd˚ uleˇzitˇejˇs´ı sn´ımaˇc teploty a sn´ımaˇc vlhkosti vzduchu. Také je moˇzné vyuˇz´ıt sn´ımaˇc vlhkosti p˚ udy pro pˇresnˇejˇs´ı kontrolu zavlaˇzován´ı. 1

ke staˇzen´ı na http://arduino.cc/en/main/software http://gcc.gnu.org/wiki/avr-gcc 3 http://savannah.nongnu.org/projects/avrdude 2

3

3 Návrh systému Systém bude tvoˇren dvˇema základn´ımi prvky, kter´ ymi jsou ˇr´ıd´ıc´ı jednotka sklen´ıku (dále jiˇz jen Arduino) a aplikace v PC. Voliteln´ ym prvkem bude webov´ y server slouˇz´ıc´ı jako spojovac´ı uzel pro vzdálenou správu sklen´ık˚ u. Prostˇrednictv´ım PC aplikace bude uˇzivatel Arduino konfigurovat. Zároveˇ n bude moˇzné naˇc´ıtat záznamy ze sn´ımaˇc˚ u a zobrazovat je na ˇcasové pˇr´ımce. Pˇrenos dat mezi PC aplikac´ı a Arduinem bude realizován dvˇema zp˚ usoby: • soubory na microSD kartˇe, která bude v ˇr´ıd´ıc´ı jednotce zároveˇ n slouˇzit jako u ´loˇziˇstˇe dat, • skrze webov´ y server prostˇrednictv´ım internetového pˇripojen´ı.

3.1

ˇ ıd´ıc´ı jednotka sklen´ıku R´

Základn´ım prvkem ˇr´ıd´ıc´ı jednotky bude Arduino UNO, pˇredevˇs´ım proto, ˇze se jedná o volnˇe dostupnou open-source platformu urˇcenou pro prototypován´ı a poskytuj´ıc´ı moˇznost dalˇs´ıho upravován´ı a vylepˇsován´ı vˇsem, kdo o to maj´ı zájem. Systém navrhovan´ y v této práci je urˇcen pro vyuˇzit´ı ˇsiroké veˇrejnosti, poˇrizovac´ı náklady by tedy mˇeli b´ yt minimáln´ı. Arduino je cenovˇe pˇr´ıznivé, cena se pohybuje ˇra´dovˇe ve stovkách korun1 . Souˇca´st´ı Arduina mus´ı b´ yt modul umoˇzn ˇuj´ıc´ı práci s SD kartou. Ta bude slouˇzit jako u ´loˇziˇstˇe dat a budou se z n´ı do Arduina nahrávat konfiguraˇcn´ı soubory. Dále je poˇzadována pˇr´ıtomnost s´ıt’ového modulu, kter´ y uˇzivateli umoˇzn´ı pˇripojit ˇr´ıd´ıc´ı jednotku k internetu, aby bylo moˇzné ji spravovat vzdálenˇe. Oba tyto moduly jsou souˇcást´ı Ethernet Shieldu [15], kter´ y na sobˇe nese jak kontrolér pro práci s Ether2 netem W5100 , tak i slot pro vloˇzen´ı microSD karty (na stránkách vˇenovan´ ych tomuto shieldu3 jsou dostupné podrobnˇejˇs´ı informace). Jednotka by mˇela poskytovat uˇzivateli informace a moˇznosti základn´ıho ruˇcn´ıho ovládán´ı pˇr´ımo na m´ıstˇe, tedy tam, kde je nainstalována - v bl´ızkosti sklen´ıku. K tomu dobˇre poslouˇz´ı LCD Keypad Shield4 , kter´ y se skládá z LCD displeje a tlaˇc´ıtek. 1

V dobˇe psan´ı pr´ ace je poˇrizovac´ı cena modelu Arduino UNO R3 s mikroprocesorem Atmel ATMega 328 cca 600 Kˇc. 2 http://www.wiznet.co.kr/ 3 http://arduino.cc/en/Main/ArduinoEthernetShield 4 http://www.dfrobot.com/wiki/index.php?title=Arduino LCD KeyPad Shield (SKU: DFR0009)

4

ˇ ıd´ıc´ı jednotka sklen´ıku R´

Návrh systému

Displej obsahuje 2×16 znak˚ u, kaˇzd´ y znak je sedm zobrazovac´ıch bod˚ u vysok´ y ˇ a pˇet bod˚ u ˇsirok´ y. Tlaˇc´ıtek je celkem ˇsest. Ctyˇri jsou popsána jako smˇerová (Left, Right, Up, Down), jedno jako tlaˇc´ıtko v´ ybˇeru volby (Select) a jedno pro znovuspuˇstˇen´ı systému (Reset). Kromˇe tlaˇc´ıtka reset jsou vˇsechna ostatn´ı tlaˇc´ıtka pˇripojena pˇres odporovou kaskádu k jednomu analogovému vstupu Arduina (A0). K tomu, aby jednotka mohla z´ıskávat data z okol´ı, je nutné k n´ı pˇripojit zvolené sn´ımaˇce. V prvn´ı ˇradˇe se nab´ız´ı sn´ımaˇc DHT115 , kter´ y v sobˇe kombinuje sn´ımaˇc okoln´ı teploty a sn´ımaˇc vlhkosti vzduchu. Také pˇrijde vhod sn´ımaˇc p˚ udn´ı vlhkosti, kter´ y tvoˇr´ı p˚ udn´ı sonda (tiˇstˇen´ y spoj ve tvaru p´ısmene U), a pomocn´ y obvod pro mˇeˇren´ı pr˚ utoku proudu mezi obˇema póly p˚ udn´ı sondy. Pro ovládán´ı v´ ystupn´ıch zaˇr´ızen´ı, slouˇz´ıc´ıch k zavlaˇzován´ı a ventilaci, bude k Arduinu pˇripojen modul obsahuj´ıc´ı dvˇe relé. Jejich sp´ınac´ı kontakty jsou dimenzovány na stˇr´ıdavé napˇet´ı 250V a proud 10A. Coˇz by mˇelo b´ yt dostaˇcuj´ıc´ı pro vˇetˇsinu elektromechanick´ ych zaˇr´ızen´ı pouˇz´ıvan´ ych ve sklen´ıc´ıch. Arduino UNO je vybaveno ˇctrnácti digitáln´ımi vstupy/v´ ystupy6 a ˇsesti analogov´ ymi vstupy. Analogové vstupy jsou vyuˇzity tˇri: • pin A0 pro tlaˇc´ıtka, • pin A1 pro sn´ımaˇc teploty a vlhkosti vzduchu DHT11, • pin A2 pro sn´ımaˇc p˚ udn´ı vlhkosti. Z digitáln´ıch pin˚ u jich je vyuˇzito celkem tˇrináct. • piny D1 a D2 slouˇz´ı pro ovládán´ı relé na v´ ystupu, • piny D3, D5, D6, D7, D8 a D9 pouˇz´ıvá LCD display, • piny D4, D10, D11, D12 a D13 jsou pouˇzity pro Ethernet Shield, kde: – piny D11 - D13 jsou spoleˇcné pro Ethernet kontrolér a slot microSD karty, nebot’ komunikuj´ı po sbˇernici SPI, – pin D10 slouˇz´ı pro ˇr´ızen´ı s´ıt’ového modulu – pin D4 slouˇz´ı pro ˇr´ızen´ı slotu microSD karty. 5 6

http://www.micro4you.com/files/sensor/DHT11.pdf Z´ aleˇz´ı na tom, jak´ y m´ od se pro jednotlivé piny nastav´ı.

5

Návrh systému

Uˇzivatelské rozhran´ı v PC

Voln´ y z˚ ustal pouze digitáln´ı pin D0 a analogové vstupy A3 - A6. Jejich moˇzná vyuˇzit´ı budou popsána v kapitole Diskuze a budouc´ı práce.

3.2

Uˇ zivatelsk´ e rozhran´ı v PC

Aby bylo ˇr´ızen´ı sklen´ıku automatické, mus´ı systém pracovat bez pˇr´ıtomnosti obsluhy na základˇe pˇredem nastavené konfigurace. Tu bude uˇzivatel vytváˇret ˇci upravovat v aplikaci ve svém PC. Aplikace prostˇrednictv´ım grafického uˇzivatelského rozhran´ı poskytne moˇznosti konfigurace zavlaˇzován´ı a ventilace ve zvolen´ ych ˇcasech a po zvolenou dobu, pˇr´ıpadnˇe podle informac´ı ze senzor˚ u. Aplikace by také mˇela podporovat vˇetˇsinu dostupn´ ych operaˇcn´ıch systém˚ u. Nelze totiˇz oˇcekávat, ˇze vˇsichni uˇzivatelé budou vyuˇz´ıvat stejn´ y operaˇcn´ı systém ve svém PC. Programovac´ım jazykem pro tvorbu aplikace byla zvolena Java [1], která splˇ nuje obˇe kritéria. Java je multiplatformn´ı jazyk, tj. aplikaci vytvoˇrenou v Javˇe lze bez opˇetovné kompilace spustit na jakékoliv platformˇe, pro kterou existuje JVM7 . Program je pˇrekládán do tzv. bajtkódu“, ve kterém je ˇs´ıˇren ” a následnˇe interpretován virtuáln´ım strojem v okamˇziku spuˇstˇen´ı aplikace. S vyuˇzit´ım knihovny Swing [16] nab´ız´ı ˇsirokou ˇskálu nástroj˚ u pro tvorbu GUI, které bude umoˇzn ˇovat pˇrehlednou konfiguraci. Aplikace mus´ı poskytovat tyto základn´ı funkce: • Zaloˇzen´ı nového sklen´ıku - vytvoˇren´ı konfiguranˇcn´ıch soubor˚ u na SD kartˇe. • Editaci konfigurace Arduina. • Prohl´ıˇzen´ı záznam˚ u (ˇcas, teplota, vlhkost atd.) na ˇcasové pˇr´ımce a uloˇzen´ı aktuáln´ıho grafu ve formátu PNG na disk v PC. Je nutné dodat, ˇze posledn´ı dva body mus´ı b´ yt moˇzno provádˇet jak lokálnˇe (´ upravou konfigurace na microSD kartˇe), tak i vzdálenˇe (pˇres server). Pro vzdálenou správu budou nav´ıc na serveru a v PC aplikaci k dispozici funkce pro pˇrihláˇsen´ı, odhláˇsen´ı a registraci nového uˇzivatele. Uˇzivatel bude m´ıt moˇznost pˇridat, odebrat a prohl´ıˇzet seznam pˇripojen´ ych sklen´ık˚ u. 7

Java Virtual Machine - Virtu´ aln´ı stroj Javy

6

Návrh systému

3.3

Vzdálená správa pˇres server

Vzd´ alen´ a spr´ ava pˇ res server

V pˇr´ıpadˇe, ˇze se uˇzivatel rozhodne vyuˇz´ıvat vzdálenou správu, tedy konfiguraci Arduina a prohl´ıˇzen´ı záznam˚ u prostˇrednictv´ım Internetu, je nutné zajistit komunikaci mezi PC aplikac´ı a Arduinem. Pro pˇrenos dat na microSD kartˇe jsou pouˇzity soubory obsahuj´ıc´ı textové ˇretˇezce. V rámci kompatibility proto bude vhodné zvolit takov´ y pˇrenosov´ y protokol, kter´ y vyuˇz´ıvá stejn´ y formát dat, v jakém jsou uloˇzeny informace v souborech. Dalˇs´ım kritériem pro volbu je pohodlné pouˇzit´ı. Nen´ı ˇzádouc´ı, aby se uˇzivatel musel zab´ yvat pot´ıˇzemi spojen´ ymi s pˇripojen´ım, jako je nastaven´ı firewallu, proxy serveru atp. Jednoduché a zároveˇ n efektivn´ı ˇreˇsen´ı poskytuje HTTP protokol [17]. HTTP protokol je jedn´ım z nejv´ıce pouˇz´ıvan´ ych protokol˚ u na svˇetˇe d´ıky jeho vyuˇzit´ı v Internetu. Právˇe proto je v drtivé vˇetˇsinˇe pˇr´ıpad˚ u povolen pˇrenos dat pˇres transportn´ı protokol TCP [18] na portu 80, kter´ y je protokolem HTTP standardnˇe vyuˇz´ıván. HTTP je nav´ıc primárnˇe urˇcen pro práci s ASCII, tedy s textovou podobou dat, coˇz je pro naˇse u ´ˇcely vyhovuj´ıc´ı. Jedinou vˇetˇs´ı nev´ yhodou je absence zabezpeˇcen´ı a ˇsifrován´ı. Obecnˇe se pro zabezpeˇcené spojen´ı pouˇz´ıvá protokol TLS [19] a spojen´ı je pak oznaˇcováno jako HTTPS. V této práci vˇsak HTTPS pouˇz´ıt nelze, nebot’ implementace TLS, ˇci starˇs´ıho SSL, by byla v pˇr´ıpadˇe Arduina pˇr´ıliˇs komplexn´ı. Spoleˇcnˇe se softwarem pro ˇr´ızen´ı by pak pravdˇepodobnˇe pˇrerostla pamˇet’ová omezen´ı. Zde bude jako bezpeˇcnostn´ı prvek pouˇzita identifikace uˇzivatele a ˇr´ıd´ıc´ı jednotky unikátn´ım kl´ıˇcem, kter´ y bude generovat aplikace na serveru. Pˇrenos dat bude prob´ıhat nezabezpeˇcenˇe. Pro tvorbu webové aplikace, která zprostˇredkuje pˇrenos dat mezi uˇzivatelem a Arduinem, bude pouˇzit skriptovac´ı jazyk PHP. Skripty zpracova´vaj´ı HTTP poˇzadavky na stranˇe serveru a vracej´ı odpovˇedi ve formˇe webové stránky. Pro obˇe základn´ı ˇcásti systému (PC aplikace a Arduino) budou vytvoˇreny separátn´ı skripty, slouˇz´ıc´ı jako jejich s´ıt’ová rozhran´ı na u ´rovni aplikaˇcn´ı vrstvy modelu ISO/OSI [18]. Mezi tˇemito rozhran´ımi bude prob´ıhat komunikace prostˇrednictv´ım spoleˇcného u ´loˇziˇstˇe, kter´ ym bude bˇeˇznˇe dostupná databáze MySQL. V databázi budou data uchována i pro pˇr´ıpad znovupouˇzit´ı. PHP skripty rozloˇz´ı pˇr´ıchoz´ı data na jednotlivé sloˇzky (ˇcas, typ, hodnoty), které budou uloˇzeny oddˇelenˇe, coˇz umoˇzn´ı jejich snadnˇejˇs´ı zpracován´ı. Tato kombinace je z ˇca´sti ovlivnˇena i finanˇcn´ı stránkou, nebot’ vˇetˇsina volnˇe dostupn´ ych webov´ ych hosting˚ u poskytuje právˇe tyto prostˇredky.

7

4 Program pro Arduino Vytvoˇrit jako prvn´ı program pro Arduino je logická volba, nebot’ jde o ˇca´st systému, která se pot´ yká s nejvˇetˇs´ımi omezen´ımi, a to pˇredevˇs´ım pamˇet’ov´ ymi. Právˇe proto je potˇreba navrhnout formáty a zp˚ usob pˇrenosu dat tak, aby byly pro Arduino pamˇet’ovˇe nenároˇcné. Jak se ukázalo, 32 kB programové pamˇeti nen´ı mnoho. V programu, vytvoˇreném pro ˇr´ıd´ıc´ı jednotku (greenhouse_main), jsou kv˚ uli omezené velikosti pamˇeti zavedena nˇekterá u ´sporná opatˇren´ı spojená s redukc´ı velikosti zkompilovaného programu. I tak zab´ırá hlavn´ı program témˇeˇr celou programovou pamˇet’ (aktuálnˇe 30 182 B).

4.1

Pamˇ et’ov´ a omezen´ı

V pˇr´ıpadˇe pouˇzit´ı standardn´ıch knihoven dodávan´ ych k v´ yvojovému prostˇred´ı pro Arduino by velikost programu pˇrev´ yˇsila velikost pamˇeti. Z tohoto d˚ uvodu 1 muselo doj´ıt k nˇekolika u ´pravám. Napˇr´ıklad vypuˇstˇen´ı objektu String , kter´ y slouˇz´ı pro práci s textov´ ymi ˇretˇezci. Nam´ısto nˇej jsou implementovány vlastn´ı funkce pro práci s textem, které jsou pro systém nezbytnˇe zapotˇreb´ı. Jde o zápis dvou a tˇr´ıznakového ˇc´ısla s doplˇ nován´ım nul, nalezen´ı ˇc´ısla v proudu dat2 , naˇcten´ı ˇrádku z proudu dat, ˇci nalezen´ı ˇr´ıd´ıc´ıho znaku v odpovˇedi serveru. Funkce pracuj´ı pouze s ukazateli a poli znak˚ u [20] a jsou rozdˇeleny podle oblast´ı pouˇzit´ı na souborové, s´ıt’ové a obecné. Operace s ukazateli a poli jsou záleˇzitost operaˇcn´ı pamˇeti, takˇze nezvˇetˇsuj´ı velikost programu. V tabulce 4.1 je vidˇet, ˇze pouˇzit´ı objektu String pˇridá k velikosti programu 1508 B oproti pouˇzit´ı pole znak˚ u a ukazatele na nˇej, pˇri kterém se velikost programu nezmˇen´ı. Spoleˇcnˇe s vynechán´ım objektu String pˇricház´ı jeˇstˇe jedno u ´sporné opatˇren´ı. T´ım je zápis vˇsech text˚ u pouˇzit´ ych v Arduinu do pamˇeti EEPROM. Pro práci s touto pamˇet´ı je k dispozici knihovna3 , která umoˇzn ˇuje zápis a ˇcten´ı po jednotliv´ ych bytech pamˇeti. A proto, ˇze jeden znak má velikost 1 B, je moˇzné do EEPROM uloˇzit 1024 znak˚ u v pˇr´ıpadˇe ATMega328. Vzhledem k tomu, ˇze texty jsou urˇcené pˇreváˇznˇe pro v´ ystup na LCD displej, kter´ y má ˇrádky dlouhé 16 znak˚ u, bude pamˇet’ rozdˇelena na 64 blok˚ u po ˇsestnácti znac´ıch. Pro zápis 1

http://arduino.cc/en/Reference/StringObject http://arduino.cc/en/Reference/Stream 3 http://arduino.cc/en/Reference/EEPROM 2

8

Program pro Arduino

Pamˇet’ová omezen´ı

void setup() {} void loop() {}

444 byt˚ u

char char void void

444 byt˚ u

buffer[10]; *p_buffer; setup() {} loop() {}

String buffer[10]; void setup() {} void loop() {}

1952 byt˚ u

Tabulka 4.1: Velikosti zkompilovan´ ych program˚ u pˇri pouˇzit´ı String a char[] text˚ u do EEPROM je potˇreba pouˇz´ıt pomocn´ y program greenhouse_text, kter´ y obsahuje seznam vˇsech text˚ u v Arduinu a zapisuje ho po znac´ıch do pamˇeti. V´ yrobce udává, ˇze ˇzivotnost pamˇeti je 100 000 cykl˚ u zápisu nebo mazán´ı. V tomto pˇr´ıpadˇe vˇsak staˇc´ı zapsat textové ˇretˇezce do pamˇeti pouze jednou, coˇz znamená, ˇze v nejhorˇs´ım pˇr´ıpadˇe dojde k 1024 cykl˚ um zápisu. Nehroz´ı tedy poˇskozen´ı pamˇeti EEPROM a lze pˇredpokládat, ˇze data v této pamˇeti z˚ ustanou konzistentn´ı po celou dobu provozu. Hlavn´ı program si pro jejich naˇc´ıtán´ı alokuje m´ısto v operaˇcn´ı pamˇeti (dále jen buffer), kam poté kop´ıruje jednotlivé znaky z EEPROM a vytváˇr´ı z nich pouˇzitelné texty pro dalˇs´ı pouˇzit´ı. Jelikoˇz je textov´ y ˇretˇezec v pamˇeti reprezentován pouze jako pole znak˚ u zakonˇcené znakem s hodnotou nula (’\0’), je tento znak doplˇ nován hlavn´ım programem na konec naˇcteného textu do bufferu. Program tento text neprodlenˇe po naˇcten´ı pouˇzije a následnˇe ho v pˇr´ıpadˇe potˇreby nahrad´ı jin´ ym. T´ım je uspoˇrena nejen programová pamˇet’, ale i pamˇet’ operaˇcn´ı, protoˇze vˇsechny operace s textem jsou provádˇeny v jednom vymezeném prostoru pamˇeti. Dalˇs´ı u ´sporu pˇrináˇs´ı nahrazen´ı knihovny pro práci s SD kartou4 (SD.h) pamˇet’ovˇe u ´spornˇejˇs´ı knihovnou Fat165 (Fat16.h), která také poskytuje potˇrebné funkce a je mnohem menˇs´ı. Jak je vidˇet v tabulce 4.2, rozd´ıl velikost´ı zkompilovaného programu, kter´ y pouze inicializuje pˇr´ıstup k SD kartˇe, je 4868 B. Tento rozd´ıl jeˇstˇe vzroste pˇri otevˇren´ı souboru a práci s n´ım. Hlavn´ı odliˇsnost´ı mezi tˇemito knihovnami jsou podporované souborové systémy. Jak 4 5

http://arduino.cc/en/Reference/SD https://code.google.com/p/fat16lib/

9

Program pro Arduino

Operace se soubory

#include <SD.h> void setup() { SD.begin(4); } void loop() {}

7206 byt˚ u

#include SdCard card; void setup() { card.init(); } void loop() {}

2338 byt˚ u

Tabulka 4.2: Velikosti zkompilovan´ ych program˚ u pˇri pouˇzit´ı knihovny SD a Fat16 jiˇz název knihovny napov´ıdá, pouˇzitá knihovna podporuje pouze SD karty se souborov´ ym systémem FAT166 , kdeˇzto standardn´ı knihovna podporuje jak FAT16, tak i FAT32. Tento fakt s sebou nese omezen´ı velikosti pouˇzité SD karty, protoˇze FAT16 dokáˇze pracovat maximálnˇe s 2 GB SD kartou. V dobˇe psan´ı práce jsou jeˇstˇe v prodeji, ale jiˇz brzy je na trhu nahrad´ı karty s vˇetˇs´ı kapacitou. Tento problém bude diskutován v kapitole Diskuze a budouc´ı práce. Knihovna Fat16 nav´ıc um´ı pracovat pouze v koˇrenovém adresáˇri SD karty a soubory mus´ı m´ıt názvy ve formátu 8.37 , tzn. jméno souboru sm´ı m´ıt délku nejv´ yˇse osm znak˚ u a souˇcást´ı m˚ uˇze b´ yt tˇr´ıznaková pˇr´ıpona. To vˇsak nen´ı pˇrekáˇzka, nebot’ k pˇrenosu dat staˇc´ı tˇri soubory, které mohou b´ yt v hlavn´ım adresáˇri a název soubor˚ u bude také odpov´ıdat poˇzadavku.

4.2

Operace se soubory

V Arduinu slouˇz´ı SD karta jako u ´loˇzn´ y prostor pro ukládán´ı záznam˚ u a uchováván´ı konfigurace ˇr´ızen´ı sklen´ıku. Data jsou rozdˇelena do tˇr´ı textov´ ych soubor˚ u: 6 7

http://cs.wikipedia.org/wiki/File Allocation Table http://en.wikipedia.org/wiki/8.3 filename

10

Program pro Arduino

Operace se soubory

• SETTINGS.TXT • CONFIG.TXT • RECORDS.TXT Prvn´ı ze zm´ınˇen´ ych soubor˚ u (SETTINGS.TXT) obsahuje informace, které jsou pouˇzity pˇri kaˇzdém spuˇstˇen´ı Arduina. Jde o název jednotky, reˇzim pˇripojen´ı k s´ıti a v pˇr´ıpadˇe, ˇze bude pouˇzito s´ıt’ové spojen´ı, MAC adresa, jméno uˇzivatele, komunikaˇcn´ı kl´ıˇc a adresa serveru. Jednotlivé poloˇzky jsou uloˇzeny po ˇrádc´ıch. V´ yznam poloˇzek je popsán v ˇcásti Pˇripojen´ı k s´ıti. Obsah souboru s nastaven´ım pˇripojen´ı vyuˇz´ıvaj´ıc´ıho DHCP server m˚ uˇze vypadat takto: Sklenik 1 1 00-11-22-33-44-55 lukas E77CFE02F7DDB58A30C80E5460E3177F 217.198.115.56 greenhouse.php5.cz Druh´ y soubor (CONFIG.TXT) obsahuje data potˇrebná pro ˇr´ızen´ı v´ ystupn´ıch zaˇr´ızen´ı. Jsou v nˇem uloˇzeny ˇcasy spuˇstˇen´ı jednotliv´ ych v´ ystup˚ u (sepnut´ı relé), popˇr. i hodnoty pro automatické ovládán´ı (na základˇe informac´ı ze senzor˚ u). Nav´ıc obsahuje interval mezi záznamy dat a dobu odstaven´ı automatického ˇr´ızen´ı v pˇr´ıpadˇe pouˇzit´ı ruˇcn´ıho ovládán´ı. Podrobnˇejˇs´ı popis je v ˇca´sti Ovládán´ı výstupn´ıch zaˇr´ızen´ı. Data v tomto souboru mohou vypadat následovnˇe: V W D D

01 000 002 01 030 001 1 060 2 010

Do tˇret´ıho souboru (RECORDS.TXT) jsou ukládány záznamy ze senzor˚ u a stav˚ u zaˇr´ızen´ı. Jednotlivé záznamy jsou uloˇzeny po ˇra´dc´ıch a jsou to souvislé ˇretˇezce s pˇresnˇe definovanou délkou. Proto bylo moˇzné vynechat mezery mezi jednotliv´ ymi sloˇzkami záznamu a t´ım uspoˇrit 9 znak˚ u na kaˇzdém ˇrádku. Velikost nejdelˇs´ıho ˇra´dku je v pˇr´ıpadˇe záznamu dat ze senzor˚ u (E) 23 znak˚ u. 11

Program pro Arduino

Operace se soubory

Pˇresn´ y v´ yznam tˇechto dat je popsán v ˇcásti Záznamy. Pˇr´ıklad záznam˚ u z Arduina: E0641082014040920037000 E0646092014040920037000 A06472220140409101 A06500320140409100 E0651102014040919037000 E0656102014040919037000 Po inicializaci knihovny Fat16 je moˇzné otevˇr´ıt soubory prostˇrednictv´ım funkce open(jm´ eno souboru, zp˚ usob otevˇ ren´ ı). Jméno souboru je naˇc´ıtáno z EEPROM do bufferu a zp˚ usoby otevˇren´ı jsou r˚ uzné kombinace pˇreddefinovan´ ych konstant. Tˇemi jsou: O READ - otevˇren´ı pro ˇcten´ı O WRITE - otevˇren´ı pro zápis O RDWR - otevˇren´ı pro ˇcten´ı a zápis O APPEND - pˇrem´ıst´ı kurzor na konec souboru O CREAT - vytvoˇr´ı soubor, pokud neexistuje O TRUNC - smaˇze obsah souboru O EXCL - vrát´ı chybovou hláˇsku, pokud soubor existuje Pro ˇcten´ı ze souboru slouˇz´ı funkce read(), která vrac´ı naˇcten´ y znak nebo v pˇr´ıpadˇe konce souboru ˇci chyby ˇcten´ı vrac´ı hodnotu -1. Zápis do souboru je zprostˇredkován funkcemi print(data) a println(data). Tyto funkce umoˇzn ˇuj´ı zápis celého ˇretˇezce znak˚ u najednou a v pˇr´ıpadˇe funkce println() i odˇra´dkován´ı.

12

Program pro Arduino

4.3

Pˇripojen´ı k s´ıti

Pˇ ripojen´ı k s´ıti

Pro pˇr´ıstup k s´ıti je Arduino vybaveno Ethernet Shieldem8 , kter´ y se k s´ıti 9 pˇripojuje kabelem UTP se standardn´ım konektorem RJ-45. Ethernet Shield podporuje rychlost pˇripojen´ı 10/100 Mbps. Ve v´ yvojovém prostˇred´ı Arduina je pro tento Shield pˇripravena knihovna Ethernet10 , která slouˇz´ı k vytvoˇren´ı aplikace pˇristupuj´ıc´ı k lokáln´ı s´ıti nebo k Internetu. Knihovna podporuje aˇz ˇctyˇri soubˇeˇzná pˇripojen´ı (pˇr´ıchoz´ı, odchoz´ı nebo kombinace oboj´ıho). K inicializaci knihovny a s´ıt’ového nastaven´ı slouˇz´ı funkce begin()11 ve stejnojmenné tˇr´ıdˇe Ethernet, která je souˇca´st´ı knihovny. Tato funkce je pˇret´ıˇzená a nab´ız´ı pˇet reˇzim˚ u pˇripojen´ı s r˚ uzn´ ym poˇctem argument˚ u: • Ethernet.begin(mac); • Ethernet.begin(mac, ip); • Ethernet.begin(mac, ip, dns); • Ethernet.begin(mac, ip, dns, gateway); • Ethernet.begin(mac, ip, dns, gateway, subnet); Prvn´ı pˇr´ıpad pouˇz´ıvá jako parametr pouze fyzickou adresu Ethernet Shieldu. K pˇripojen´ı je pak pouˇzito nastaven´ı z´ıskané z DHCP serveru. Tato moˇznost se objevila aˇz od verze 1.0 v´ yvojového prostˇred´ı Arduina. Jako jediná má také návratovou hodnotu, která vyjadˇruje u ´spˇech (true) ˇci ne´ uspˇech (false) pˇri z´ıskáván´ı nastaven´ı z DHCP. Dalˇs´ı reˇzimy slouˇz´ı pro nastaven´ı statické IP adresy, v pˇr´ıpadˇe vyuˇzit´ı jmenného serveru adresy DNS, a dále pak adresy brány a masky pods´ıtˇe. Tˇemto funkc´ım odpov´ıdaj´ı reˇzimy s´ıt’ového pˇripojen´ı Arduina, kter´ ych je ˇsest: 0 - S´ıt’ové spojen´ı je vypnuto, nejsou zadány ˇza´dné dalˇs´ı parametry 1 - Je pouˇzito spojen´ı vyuˇz´ıvaj´ıc´ı DHCP server, mus´ı b´ yt zadána MAC 2 - Je pouˇzita statická IP adresa (+ MAC adresa) 8

http://arduino.cc/en/Main/ArduinoEthernetShield Unshielded Twisted Pair - Nest´ınˇená kroucená dvojlinka 10 http://arduino.cc/en/Reference/Ethernet 11 http://arduino.cc/en/Reference/EthernetBegin 9

13

Program pro Arduino


3 - Je pouˇzit jmenn´ y server DNS (+ IP a MAC adresa) 4 - Je pouˇzita s´ıt’ová brána (+ DNS, IP a MAC adresa) 5 - Je pouˇzita maska pods´ıtˇe (+ adresa brány, DNS, IP a MAC adresa) ˇ ıslo reˇzimu je uloˇzeno v souboru pro konfiguraci s´ıtˇe (SETTINGS.TXT) a C´ pokud je s´ıt’ vyuˇz´ıvána, následuj´ı za n´ım v souboru u ´daje pro konfiguraci s´ıt’ového pˇripojen´ı. Tˇemito u ´daji jsou jméno uˇzivatele, komunikaˇcn´ı kl´ıˇc pro spojen´ı se serverem, IP adresa serveru a URL12 serveru. Pro komunikaci pˇres s´ıt’ jsou v knihovnˇe k dispozici tˇr´ıdy EthernetClient a EthernetServer, které odpov´ıdaj´ı modelu klient/server v pˇr´ıpadˇe socketové komunikace [22]. Tˇr´ıdˇe EthernetServer se v konstruktoru pˇredá jako parametr ˇc´ıslo portu, na kterém potom server ˇceká na pˇr´ıchoz´ı pˇripojen´ı. Zde popisované Arduino vˇsak pracuje pouze jako HTTP klient, tud´ıˇz tuto tˇr´ıdu nevyuˇz´ıvá a nebude dále popisována. V naˇsem pˇr´ıpadˇe je pouˇzita pouze tˇr´ıda EthernetClient, která navazuje spojen´ı se serverem a slouˇz´ı k odes´ılán´ı a pˇrij´ımán´ı dat. Spojen´ı se navazuje prostˇrednictv´ım funkce connect(adresa, port), která má dva zp˚ usoby pouˇzit´ı. Adresu lze zadat jako objekt String s URL serveru nebo jako pole ˇctyˇr bajt˚ u s IP adresou. V naˇsem pˇr´ıpadˇe je pro spojen´ı pouˇzita adresa IP nahraná ze souboru a ˇc´ıslo portu 80, tedy standardn´ı port pro HTTP protokol. Návratová hodnota této funkce znaˇc´ı, zda bylo spojen´ı navázáno. Pokud dojde k chybˇe, Arduino pˇrejde do reˇzimu chyba spojen´ı“. Tento reˇzim je spolu s reˇzimy spojen´ı vypnuto“ a pˇripo” ” ” jeno“ zobrazen v menu Arduina na LCD displeji. Uˇzivatel má moˇznost pokusit se o opˇetovné navázán´ı spojen´ı stisknut´ım tlaˇc´ıtka na Arduinu. Pokud bylo spojen´ı navázáno, odeˇsle se kontroln´ı poˇzadavek na server. Odes´ılaná data se pˇredávaj´ı funkc´ım print() a println() jako parametr ve v´ıce formátech – textové ˇretˇezce jako objekt String nebo ukazatel na pole znak˚ u (pouˇzité v naˇsem pˇr´ıpadˇe) a ˇc´ısla jako byte, int, long. Pro zápis ˇc´ısel je moˇzné pouˇz´ıt jeˇstˇe druh´ y parametr, kter´ y udává ˇc´ıselnou soustavu, napˇr. DEC pro des´ıtkovou, HEX pro ˇsestnáctkovou atd. Funkce println() nav´ıc za odeslan´ ymi daty pos´ılá ˇr´ıd´ıc´ı znak konce ˇra´dku. Poˇzadavky jsou odes´ılány jako hlaviˇcky HTTP metodou GET, které následnˇe zpracovává server. Metoda GET je oproti metodˇe POST mnohem jednoduˇsˇs´ı na implementaci, coˇz je v pˇr´ıpadˇe Arduina ˇzádouc´ı. Arduino zas´ılá tˇri typy poˇzadavk˚ u: kontroln´ı, potvrzovac´ı a poˇzadavek s odes´ılan´ ymi daty. Tyto poˇzadavky jsou uloˇzeny v pamˇeti EEPROM, a v pˇr´ıpadˇe potˇreby jsou nahrány do bufferu a následnˇe odeslány. 12

Uniform Resource Locator - Jednotn´ y lokátor zdroj˚ u

14

Program pro Arduino


Hlaviˇcka poˇzadavku má tento tvar: GET /uconn.php?action=&key=&name=<user> HTTP/1.1 Host: greenhouse.php5.cz Connection: close

V pˇr´ıpadˇe kontroln´ıho poˇzadavku je na pozici hodnota check. Pˇri odes´ılán´ı potvrzovac´ıho poˇzadavku je na této pozici hodnota received a hodnota send se vkládá pˇri odes´ılán´ı dat. V posledn´ım zm´ınˇeném poˇzadavku je nav´ıc pouˇzita dvojice da=, do které se vkládaj´ı odes´ılaná data. M´ısto znaˇcek a <user> se dosazuje komunikaˇcn´ı kl´ıˇc a jméno uˇzivatele z konfiguraˇcn´ıho souboru. Verze poˇzadavku je HTTP/1.1, jde o aktuáln´ı a nejpouˇz´ıvanˇejˇs´ı verzi protokolu. Kontroln´ı poˇzadavek se zas´ılá cyklicky v pˇreddefinovaném ˇcasovém intervalu. Server na tento poˇzadavek vrac´ı odpovˇed’, kterou Arduino pˇrijme a uloˇz´ı do 16 kB velké mezipamˇeti kontroléru W5100. K dat˚ um v této pamˇeti se pˇristupuje jako k proudu dat, ze kterého je moˇzné ˇc´ıst po znac´ıch. To znamená, ˇze po pˇreˇcten´ı znaku je tento znak z mezipamˇeti odstranˇen a ukazatel se posune na dalˇs´ı znak. Ve tˇr´ıdˇe EthernetClient je pro tuto operaci funkce read(). Spoleˇcnˇe s funkc´ı available(), která indikuje, zda jsou v mezipamˇeti dalˇs´ı data, je tato funkce pouˇzita pro zpracován´ı odpovˇedi od serveru. Server ve své odpovˇedi zas´ılá ˇr´ıd´ıc´ı znaˇcky, tzv. tagy, následované daty pro Arduino. Tyto tagy jsou v podobném formátu jako tagy jazyka HTML. To proto, aby byl provoz na portu 80 co nejpodobnˇejˇs´ı bˇeˇznému provozu, jako v pˇr´ıpadˇe procházen´ı webu. V tabulce 4.3 je popis vˇsech tag˚ u a následn´ ych hodnot. V Arduinu je vytvoˇrena funkce char get_tag(*EthernetClient), které se pˇredá ukazatel na instanci klientské tˇr´ıdy. Nalezen´ y tag pˇredává funkce jako návratovou hodnotu. Hledán´ı tagu v proudu prob´ıhá tak, ˇze se ˇctou znaky, dokud nen´ı nalezen znak zaˇcátku tagu, tedy <, potom funkce vrac´ı znak, kter´ y po nˇem následuje. Ten urˇcuje, o jak´ y tag se jedná a jakou operaci má s pˇr´ıpadn´ ymi následuj´ıc´ımi daty Arduino vykonat. Pro ˇcten´ı ˇc´ısel z proudu dat v mezipamˇeti je implementována funkce uint16_t http_int (*EthernetClient), která vyhledá prvn´ı v´ yskyt ˇc´ısla v proudu dat, pˇreˇcte ho a vrát´ı jako ˇc´ıslo uint16_t13 . Tato funkce je vyuˇzita pro pˇr´ıjem autor13 ˇ

Sestn´ actibitové bezznaménkové celé ˇc´ıslo (0 - 65535)

15

Program pro Arduino

Ovládán´ı výstupn´ıch zaˇr´ızen´ı

Tag

Hodnota

Popis

0, 1

Autorizaˇcn´ı tag – server ovˇeˇruje komunikaˇcn´ı kl´ıˇc a jméno uˇzivatele

Poˇcet sekund od p˚ ulnoci 1.1.1970

Synchronizaˇcn´ı tag – server zas´ılá Arduinu aktuáln´ı ˇcas

<s>

Synchronizaˇcn´ı tag – server ˇzádá Arduino o zaslán´ı konfigurace

Synchronizaˇcn´ı tag – server signalizuje Arduinu pˇrijet´ı nové konfigurace z PC aplikace a zas´ılá ji po ˇra´dc´ıch Arduinu ve stejném formátu, v jakém je uloˇzena v souboru

Nastaven´ı ovládán´ı Arduina

Potvrzovac´ı znak – server informuje Arduino, ˇze poˇzadavek byl zpracován

Ukonˇcovac´ı znak – pˇrenos dat byl dokonˇcen Tabulka 4.3: Seznam tag˚ u zas´ılan´ ych serverem do Arduina

izaˇcn´ı odpovˇedi, ˇcasu a konfigurace ovládán´ı. Pˇrijaté nastaven´ı je okamˇzitˇe uloˇzeno do souboru CONFIG.TXT. Po pˇrijet´ı dat odeˇsle Arduino potvrzen´ı na server, aby aktualizoval synchronizaˇcn´ı pˇr´ıznak. Pokud Arduino odes´ılá konfiguraˇcn´ı data, ukládá do bufferu jednotlivé ˇra´dky, které pak zas´ılá jako samostatné datové poˇzadavky.

4.4

Ovl´ ad´ an´ı v´ ystupn´ıch zaˇ r´ızen´ı

K v´ ystupn´ım pin˚ um Arduina jsou pˇripojena relé, která uˇzivateli slouˇz´ı pro sp´ınán´ı vlastn´ıch zaˇr´ızen´ı. Sp´ınán´ı tˇechto relé je ovládáno na základˇe konfigurace, kterou si uˇzivatel nastav´ı prostˇrednictv´ım aplikace v PC. Do Arduina je tato konfigurace pˇredána jako soubor textov´ ych ˇretˇezc˚ u CONFIG.TXT nebo 16

Program pro Arduino


ze s´ıtˇe. Prvn´ı znak ˇretˇezce urˇcuje jeho typ. Konfiguraci vˇetrán´ı znaˇc´ı p´ısmeno V, zaléván´ı p´ısmeno W a pro nastaven´ı prodlevy záznamu dat a ruˇcn´ıho ovládán´ı je vyhrazeno p´ısmeno D. Ke sp´ınán´ı ventilace a zálivky docház´ı bud’ v pˇredem nastaveném ˇcase, nebo dle vstupn´ıch dat ze senzor˚ u. Za p´ısmeny V nebo W následuje ˇc´ıslo ˇretˇezce oddˇelené mezerou. Pokud je toto ˇc´ıslo trojciferné, znamená to, ˇze je pouˇzito ovládán´ı vyuˇz´ıvaj´ıc´ı senzory. Za ˇc´ıslem ˇretˇezce navazuj´ı hodnoty nastaven´ı. Pokud je ˇc´ıslo ˇretˇezce jedno- nebo dvojciferné, jde o nastaven´ı ˇcasu sepnut´ı. Ten je zadán jako dalˇs´ı ˇc´ıslo za ˇc´ıslem ˇretˇezce. Toto ˇc´ıslo je od 0 do 144 a reprezentuje ˇcas po desetiminutov´ ych kroc´ıch. Následuj´ıc´ı ˇc´ıslo je doba, po kterou bude v´ ystup spuˇstˇen. Ta je dána v minutách v pˇr´ıpadˇe zaléván´ı a v pˇetiminutov´ ych kroc´ıch v pˇr´ıpadˇe ventilace. Tato dˇelen´ı na kroky jsou pouˇzita z d˚ uvodu moˇznosti pouˇz´ıt pro udrˇzován´ı hodnot nastaven´ı pole datov´ ych typ˚ u byte14 m´ısto typu uint16 t a t´ım sn´ıˇzit potˇrebn´ y prostor v pamˇeti na polovinu. Pˇred pouˇzit´ım se hodnoty pouze vynásob´ı dan´ ym krokem. Pokud se jedná o nastaven´ı automatického ovládán´ı, jsou za ˇc´ıslem ˇretˇezce uvedeny maximáln´ı a minimáln´ı hranice hodnot senzor˚ u. V pˇr´ıpadˇe nastaven´ı prodlevy, tedy ˇretˇezce zaˇc´ınaj´ıc´ıho p´ısmenem D, následuje také ˇc´ıslo ˇretˇezce. To udává o jakou prodlevu je jedná (0 pro záznam, 1 pro ruˇcn´ı ovládán´ı). Posledn´ı hodnota ˇretˇezce je pak hodnota prodlevy. ˇ Jak bylo ˇreˇceno, data jsou pro pˇr´ımé pouˇzit´ı uchovávána v pamˇeti. Casov´ a nastaven´ı jsou uloˇzena jako dvojrozmˇerné pole typu byte ve tvaru: [ˇ cas] - krok 10 min, [prodleva] - krok 1 min / 5 min Mezn´ı hranice hodnot pro ovládán´ı podle senzor˚ u jsou uloˇzeny v samostatn´ ych promˇenn´ ych, které jsou také typu byte. Konfiguraˇcn´ı data jsou v zadan´ ych intervalech porovnávána s aktuáln´ım ˇcasem, popˇr. se vstupn´ımi hodnotami senzor˚ u. Pˇred samotn´ ym porovnáván´ım se inicializuj´ı dvˇe promˇenné, do kter´ ych je ukládán doˇcasn´ y stav na základˇe aktuálnˇe porovnávan´ ych dat. Hodnoty tˇechto promˇenn´ ych jsou po skonˇcen´ı celého porovnávac´ıho procesu odeslány na v´ ystupn´ı pin. Porovnáván´ı prob´ıhá podle priority od nejniˇzˇs´ı po nejvyˇsˇs´ı, aby byl v´ ystup ovlivnˇen nastaven´ım s nejvyˇsˇs´ı prioritou. Automatické ovládán´ı má vyˇsˇs´ı prioritu neˇz ˇcasové. Vyhodnot´ı se tedy nejprve ˇcasy sepnut´ı a pokud nˇekter´ y odpov´ıdá aktuáln´ımu ˇcasu, je do promˇenné zapsána logická 1. Pak se vyhodnot´ı automatické nastaven´ı a popˇr´ıpadˇe se zmˇen´ı stav promˇenn´ ych. Napˇr´ıklad pokud je teplota ve sklen´ıku niˇzˇs´ı, neˇz jaká je nastavená v konfiguraci, zmˇen´ı se stav v promˇenné se stavem ventilace zpˇet na logickou 0 i pokud ˇcas spuˇstˇen´ı odpov´ıdá aktuáln´ımu ˇcasu. Jako dalˇs´ı pˇr´ıklad 14

Osmibitové celé kladné ˇc´ıslo (0 - 255)

17

Program pro Arduino


je situace, kdy nen´ı nastaven ˇza´dn´ y ˇcas zálivky, ale pouze minimáln´ı hranice vlhkosti p˚ udy. Pak se jednoduˇse spust´ı zálivka, pokud vlhkost klesne pod nastavenou u ´roveˇ n. Z toho plyne, ˇze automatické nastaven´ı slouˇz´ı zároveˇ n jako ochrana pˇred tˇemito havarijn´ımi stavy: • Sepnut´ı ventilace v pˇr´ıpadˇe n´ızké teploty • Sepnut´ı zálivky v pˇr´ıpadˇe jiˇz zavlaˇzené p˚ udy • Nesepnut´ı ventilace v pˇr´ıpadˇe vysoké teploty nebo vlhkosti vzduchu • Nesepnut´ı zálivky v pˇr´ıpadˇe pˇr´ıliˇs suché p˚ udy Pokud by si uˇzivatel chtˇel sepnout nˇekter´ y z v´ ystup˚ u pˇr´ımo ve sklen´ıku, aniˇz by musel mˇenit data konfigurace, je mu k dispozici ruˇcn´ı ovládán´ı v´ ystup˚ u pomoc´ı tlaˇc´ıtek v menu Arduina. V momentˇe, kdy uˇzivatel zmˇen´ı stav ruˇcn´ım ovládán´ım, vyˇrad´ı se na pˇrednastavenou dobu vyhodnocován´ı ovládac´ıch dat. Ruˇcn´ım ovládán´ım je tedy moˇzné pˇrep´ınat relé i v pˇr´ıpadˇe havarijn´ıch stav˚ u.

18

Program pro Arduino

4.5

Záznamy

Z´ aznamy

Arduino vytváˇr´ı dva typy záznam˚ u. Prvn´ım typem jsou záznamy hodnot ze senzor˚ u DHT11 a vlhkosti p˚ udy. Tyto záznamy se vytváˇrej´ı pr˚ ubˇeˇznˇe v nastaveném intervalu. Do záznamu se zapisuje ˇcas, teplota, vlhkost vzduchu a vlhkost p˚ udy. Druh´ ym typem je sledován´ı zmˇen stav˚ u obou v´ ystupn´ıch zaˇr´ızen´ı. Pokaˇzdé, kdyˇz dojde ke zmˇenˇe se vytvoˇr´ı záznam obsahuj´ıc´ı ˇcas zmˇeny, informaci o tom, zda byla zmˇena vyvolána ˇr´ızen´ım nebo ruˇcn´ım reˇzimem, zaˇr´ızen´ı které bylo ovlivnˇeno a stav do kterého pˇreˇslo. Oba typy záznam˚ u se ukládaj´ı do souboru RECORDS.TXT na microSD kartˇe a pokud je aktivn´ı s´ıt’ové spojen´ı, odes´ılaj´ı se zároveˇ n na server. Záznamy maj´ı podobu textového ˇretˇezce, kter´ y zaˇc´ıná znakem typu záznamu. T´ım je bud’ p´ısmeno E, tedy záznam vlastnost´ı prostˇred´ı, nebo p´ısmeno A, coˇz je záznam zmˇeny stavu v´ ystupn´ıho zaˇr´ızen´ı. Za t´ımto znakem následuje datum a ˇcas záznamu ve tvaru hhmmssrrrrmmdd, napˇr. 06410820140409 vyjadˇruje ˇcas 6:41:08 dne 9.4.2014. V pˇr´ıpadˇe záznamu ze senzor˚ u jsou dalˇs´ımi hodnotami teplota, vlhkost vzduchu a vlhkost p˚ udy. Teplota je udána dvojcifernˇe, nebot’ teplotn´ı rozsah DHT11 je 0-55 ◦ C. Obˇe vlhkosti jsou trojciferné a jsou vyjádˇreny v procentech. Záznam zmˇeny v´ ystupu má také tˇri hodnoty, vˇsechny jsou vˇsak jednociferné. Prvn´ı udává, zda byla zmˇena vyvolána v ruˇcn´ım reˇzimu (0) nebo na základˇe ˇr´ıd´ıc´ıch dat (1). Druhá hodnota definuje ovlivnˇené zaˇr´ızen´ı – ventilaci (0) nebo zavlaˇzován´ı (1). Posledn´ı hodnotou je stav zaˇr´ızen´ı po zmˇenˇe, tj. vypnuto (0) nebo zapnuto (1).

19

5 Ovládac´ı aplikace pro PC Aplikace umoˇzn ˇuje uˇzivateli pˇr´ıstup ke vˇsem funkc´ım, které systém poskytuje. Jsou rozliˇseny dva základn´ı zp˚ usoby pˇr´ıstupu k dat˚ um v Arduinu. Lokáln´ı pˇr´ıstup k soubor˚ um na microSD kartˇe, kterou uˇzivatel vyjme z Arduina a vloˇz´ı do ˇctec´ıho zaˇr´ızen´ı v PC nebo vzdálen´ y pˇr´ıstup skrze internetové pˇripojen´ı prostˇrednictv´ım webového serveru. Oba zp˚ usoby poskytuj´ı stejné moˇznosti konfigurace ovládán´ı a prohl´ıˇzen´ı záznam˚ u. Nastaven´ı pˇripojen´ı Arduina k s´ıti lze pouze lokáln´ım zp˚ usobem.

5.1

Lok´ aln´ı pˇ r´ıstup

Pokud uˇzivatel zakládá nov´ y sklen´ık nebo pokud nevyuˇz´ıvá vzálenou správu sklen´ıku, pˇrenáˇs´ı data mezi Arduinem a PC aplikac´ı v souborech na kartˇe. Java poskytuje pro práci se soubory mnoho tˇr´ıd ve standardn´ı knihovˇe [23]. Pro manipulaci se soubory a sloˇzkami slouˇz´ı tˇr´ıda File z knihovny java.io. V naˇsem pˇr´ıpadˇe zastupuje koˇrenov´ y adresáˇr microSD karty i jednotlivé textové soubory na n´ı. Tato tˇr´ıda nab´ız´ı pro v´ ypis obsahu adresáˇre metodu list(), která vrac´ı názvy vˇsech soubor˚ u a sloˇzek. T´ımto zp˚ usobem aplikace zjiˇst’uje, které z pouˇzit´ ych soubor˚ u jsou na kartˇe k dispozici. Podle toho aktivuje pˇr´ısluˇsná tlaˇc´ıtka pro pˇr´ısluˇsné operace. Soubory se s´ıt’ov´ ym nastaven´ım Arduina a s konfigurac´ı ovládán´ı jsou povinné a jsou k dispozici vˇzdy. Pokud nejsou na kartˇe, znamená to, ˇze jde o zakládán´ı nového sklen´ıku a je potˇreba tyto soubory vytvoˇrit. K tomu slouˇz´ı metoda createNewFile(), která vytvoˇr´ı soubor se jménem zadan´ ym v konstruktoru tˇr´ıdy File. Pro vstup a v´ ystup dat pouˇz´ıvá Java zobecnˇen´ı v podobˇe datového proudu. Ten reprezentuje zdroj, popˇr. c´ıl dat, zpˇr´ıstupˇ nuje nebo pˇrij´ımá libovolné datové bloky a skr´ yvá detaily dˇen´ı uvnitˇr datového objektu. Datové proudy se dˇel´ı podle smˇeru dat na vstupn´ı a v´ ystupn´ı. V Javˇe jsou reprezentovány základn´ımi tˇr´ıdami InputStream a OutputStream v pˇr´ıpadˇe práce s bajty nebo tˇr´ıdami Reader a Writer v pˇr´ıpadˇe práce s textem. Vstupn´ı proudy poskytuj´ı pro ˇcten´ı metodu read(), pro zápis do v´ ystupn´ıho proudu slouˇz´ı metoda write(). Základn´ı tˇr´ıdy se obvykle nepouˇz´ıvaj´ı samostatnˇe, ale v kombinaci s dalˇs´ımi vrstvami, které data zpˇr´ıstupˇ nuj´ı skrze efektivnˇejˇs´ı rozhran´ı. Pro ˇcten´ı je to tˇr´ıda BufferedReader, která poskytuje metodu readLine() pro naˇcten´ı celého ˇra´dku, a pro zápis celého ˇra´dku nab´ız´ı tˇr´ıda PrintWriter metodu println(). Vˇsechny tyto tˇr´ıdy jsou také souˇca´st´ı knihovny java.io. 20

Ovládac´ı aplikace pro PC

5.2

Vzdálený pˇr´ıstup

Vzd´ alen´ y pˇ r´ıstup

Pro práci se s´ıt´ı obecnˇe nab´ız´ı Java knihovnu java.net. Jej´ı souˇcást´ı jsou i tˇr´ıdy pro pˇr´ıstup ke zdroj˚ um na daném URL [24]. K reprezentaci samotného URL slouˇz´ı stejnojmenná tˇr´ıda URL. V dialogu nastaven´ı vzdálené správy zadá uˇzivatel URL webového rozhran´ı pro aplikaci, která se tˇr´ıdˇe pˇredá v konstruktoru. Tˇr´ıda UrlConnection umoˇzn ˇuje kontrolu nad komunikac´ı klient/server. Instance této tˇr´ıdy se z´ıskává jako návratová hodnota metody URL.openConnection(). Pro komunikaci prostˇrednictv´ım HTTP protokolu existuje nadstavbová tˇr´ıda HttpUrlConnection, která zjednoduˇsuje práci s HTTP hlaviˇckami a umoˇzn ˇuje snadné pouˇzit´ı metody POST. Tato metoda poˇzadavku je vhodnˇejˇs´ı pro odes´ılán´ı dat. Data jsou v binán´ı podobˇe odes´ılána bezprostˇrednˇe za hlaviˇckou. Nen´ı tedy omezeno mnoˇzstv´ı pˇrenesen´ ych dat jako u metody GET, která pˇredává data jako souˇcást URL v hlaviˇcce poˇzadavku. Pro nastaven´ı metody poˇzadavku je k dispozici metoda HttpUrlConnection.setRequestMethod(), v naˇsem pˇr´ıpadˇe je to ”POST”. Zdˇedˇenou metodou setDoOutput(true) se nastav´ı pˇr´ıznak odes´ılán´ı tˇela poˇzadavku (data po odeslán´ı hlaviˇcky poˇzadavku) na server. Tato data jsou stejnˇe jako v pˇr´ıpadˇe metody GET ve formátu kl´ ıc ˇ=hodnota a spojeny znakem &. Metoda getOutputStream, zdˇedˇená od tˇr´ıdy URLConnection, otev´ırá v´ ystupn´ı datov´ y proud a umoˇzn ˇuje zápis po bajtech. Spoleˇcnˇe s n´ı se pouˇz´ıvá obalovac´ı tˇr´ıda DataOutputStream, která pˇrevád´ı odes´ılané objekty na bajty. Celá konstrukce vypadá takto: HttpURLConnection conn = (HttpURLConnection) url.openConnection(); OutputStream stream = conn.getOutputStream(); DataOutputStream out = new DataOutputStream(stream); out.writeBytes(param); Tento kód je implementován ve tˇr´ıdˇe HttpConnector. Ta má pouze dvˇe metody, send(String[]) a String[] receive(). Tˇr´ıdˇe se pˇredá URL v konstruktoru a následnˇe jsou volány metody pro odes´ılán´ı a pˇrij´ımán´ı dat z HTTP serveru. Kaˇzd´ y dotaz na server se chová jako samostatné pˇripojen´ı, které je po pˇrijet´ı dat od serveru ukonˇceno. Tomu odpov´ıdá i pouˇzit´ı tˇechto metod. Metodˇe send() se jako argument pˇredá pole String, coˇz jsou jednotlivé dvojice kl´ ıc ˇ=hodnota. Ty jsou nejprve spojovac´ım znakem poskládány do jednoho ˇretˇezce (param). Následnˇe je navázáno spojen´ı se serverem a data odeslána vyuˇzit´ım v´ yˇse zm´ınˇené konstrukce. Spojen´ı z˚ ustává otevˇrené do 21



té doby, neˇz je zavolána metoda receive(), která vrac´ı také pole String. V tomto pˇr´ıpadˇe jsou to vˇsak jednotlivé ˇrádky tˇela odpovˇedi. ˇ ı odpovˇedi prob´ıhá stejnˇe jako pˇri práci se soubory prostˇrednictv´ım Cten´ proudu dat. Metoda HttpConnection.getInputStream vrac´ı vstupn´ı proud pro ˇcten´ı dat z aktivn´ıho spojen´ı. Ke ˇcten´ı jsou pouˇzity dvˇe tˇr´ıdy typu Reader, protoˇze vˇsechna pˇrenáˇsená data jsou v textové podobˇe. InputStreamReader pˇrevád´ı datov´ y proud z binárn´ıho na textov´ y. BufferedReader z nˇej pak ˇcte text a vrac´ı ho po ˇrádc´ıch metodou readLine(). Tato ˇcást kódu vypadá následovnˇe: InputStream stream = conn.getInputStream(); InputStreamReader input = new InputStreamReader(stream); BufferedReader reader = new BufferedReader(input); String line = reader.readLine(); Tˇr´ıda HttpConnector je v aplikaci vyuˇz´ıvána dalˇs´ı vlastn´ı tˇr´ıdou WebDB, která obsahuje metody pro odes´ılán´ı a pˇrij´ımán´ı dat a jednotliv´ ych pˇr´ıkaz˚ u. Pro kaˇzdou interakci se serverem existuje, stejnˇe jako v Arduinu, vlastn´ı pˇr´ıkaz, kter´ y je zas´ılán jako hodnota s kl´ıˇcem action. V tabulce 5.1 je pˇrehled tˇechto pˇr´ıkaz˚ u. Pro identifikaci pˇripojeného uˇzivatele slouˇz´ı komunikaˇcn´ı kl´ıˇc, tzv. token. Ten je generován serverem pˇri registraci a kaˇzdém novém pˇrihláˇsen´ı. Pˇri tˇechto dvou operac´ıch se serveru zas´ılá uˇzivatelské jméno (user) a heslo (password). Server ve své odpovˇedi zaˇsle token, kter´ y je pak pouˇz´ıván pˇri vˇsech ostatn´ıch operac´ıch. Pokud jsou to operace s daty zvoleného sklen´ıku, mus´ı b´ yt v poˇzadavku zasláno ID sklen´ıku v databázi (unitid). Toto ˇc´ıslo z´ıská aplikace pˇri v´ ypisu dostupn´ ych sklen´ık˚ u (unitlist) nebo pˇri pˇridán´ı nového sklen´ıku (addunit). Pokud uˇzivatel odes´ılá konfiguraˇcn´ı data do Arduina, jsou tato data rozdˇelena na jednotlivé ˇra´dky (data), které jsou odes´ılány jako samostatné poˇzadavky. Pro synchronizaci dat v Arduinu a serveru jsou v databázi definované binárn´ı promˇenné, tzv. pˇr´ıznaky. Ty Arduinu oznamuj´ı, ˇze uˇzivatel odeslal novou konfiguraci, kterou má pˇrijmout a uloˇzit na SD kartu (updatecnf), nebo aby odeslal pouˇz´ıvaná data na server (requestcnf).

22



Pˇ r´ıkaz

Odes´ılan´ a data

Popis

login

user, password

Pˇrihláˇsen´ı uˇzivatele - server odeˇsle vygenerovan´ y komunikaˇcn´ı token

register

user, password

Registrace nového uˇzivatele - server odeˇsle vygenerovan´ y komunikaˇcn´ı token

check

token, user

Ovˇeˇren´ı platnosti komunikaˇcn´ıho tokenu Z´ıskán´ı URL a IP adresy serveru

getinfo

Pˇridán´ı nového Arduina do databáze – server vrac´ı ID sklen´ıku

addunit

token, unitname

removeunit

token, unitid

unitlist

token

V´ ypis pˇripojen´ ych jednotek – server vrac´ı jména a ID vˇsech sklen´ık˚ u

requestcnf

token

Nastaven´ı pˇr´ıznaku zaslán´ı konfiguraˇcn´ıch dat vˇsem sklen´ık˚ um sklen´ıky

updatecnf

token, unitid

Nastaven´ı pˇr´ıznaku pˇrijet´ı konfiguraˇcn´ıch dat zvolenému sklen´ıku

getrec

token, token

Staˇzen´ı záznam˚ u z databáze

getcnf

token, unitid

Staˇzen´ı konfiguraˇcn´ıch sklen´ıku z databáze

sendcnf

token, unitid, data

clearrec

token, unitid

Smazán´ı vˇsech záznam˚ u sklen´ıku z databáze

clearcnf

token, unitid

Smazán´ı vˇsech konfiguraˇcn´ıch dat zvoleného sklen´ıku z databáze

Odebrán´ı Arduina z databáze

zvoleného dat

sklen´ıku zvoleného

Odeslán´ı konfiguraˇcn´ıch dat pro zvolen´ y sklen´ık do databáze zvoleného

Tabulka 5.1: Seznam pˇr´ıkaz˚ u odes´ılan´ ych z PC aplikace na server

23


5.3

Nastaven´ı Arduina a prohl´ıˇzen´ı záznam˚ u

Nastaven´ı Arduina a prohl´ıˇ zen´ı z´ aznam˚ u

Pro operace s daty ovládán´ı a záznamy a jejich uchován´ı slouˇz´ı dvˇe tˇr´ıdy typu model, které podle architektury MVC1 [25, s. 235] zastupuj´ı v´ ypoˇcetn´ı i datovou komponentu, viz obrázek 5.1. Konfiguraˇcn´ı data jsou spravována tˇr´ıdou ConfigModel, která poskytuje metody void parseData(String[]) a String[] getData(). Tyto metody slouˇz´ı pro operace s daty v textové podobˇe. Pro práci s textov´ ymi ˇretˇezci slouˇz´ı obdobnˇe jako v Arduinu tˇr´ıda String. Pole tˇechto ˇretˇezc˚ u (String[]) reprezentuje data po ˇra´dc´ıch. D´ıky tomu nen´ı tato tˇr´ıda závislá na zdroji vstupn´ıch dat, nebot’ v obou pˇr´ıpadech (soubory nebo pˇripojen´ı k s´ıti) je s daty pracováno v tomto formátu. V pˇr´ıpadˇe, ˇze jsou konfiguraˇcn´ı data spravována prostˇrednictv´ım vzdálené správy, udrˇzuje si tˇr´ıda ID sklen´ıku z´ıskané od serveru. To je v´ yhodné v pˇr´ıpadˇe, ˇze se uˇzivatel rozhodne upravovat konfiguraˇcn´ı data pro v´ıce sklen´ık˚ u najednou. Toto ˇc´ıslo je odes´ıláno spoleˇcnˇe s konfiguraˇcn´ımi daty pˇri zápisu dat na server, aby identifikovalo pˇr´ısluˇsné Arduino. Uˇzivatel zadává konfi-

Obrázek 5.1: Diagram architektury MVC guraˇcn´ı data prostˇrednictv´ım grafického rozhran´ı, které je implementováno ve tˇr´ıdˇe ConfigFrame. Ta tvoˇr´ı prezentaˇcn´ı komponentu architektury MVC. Okno pro konfiguraci ovládac´ıch dat obsahuje seznamy ˇcas˚ u spuˇstˇen´ı ovládan´ ych zaˇr´ızen´ı a textová pole pro zadán´ı mezn´ıch hodnot ze senzor˚ u. Pro volbu ovládán´ı podle hodnot ze senzor˚ u jsou k dispozici zaˇskrtávac´ı pole. Pˇri naˇcten´ı konfiguraˇcn´ıch dat ze zdroje do modelu se tato data zobraz´ı v oknˇe konfigurace. Pokud je uˇzivatel uprav´ı nebo dopln´ı (popˇr. redukuje), m˚ uˇze je uloˇzit zpˇet do zdroje. Pˇri této akci se data pˇrenesou z prezentaˇcn´ı komponenty zpˇet do modelu. Ten data pˇrevede do jiˇz zm´ınˇeného textového formátu a zap´ıˇse je do zdroje, ze kterého byla nahrána. 1

Model-View-Controller – Oddˇelen´ı datové, prezentaˇcn´ı a v´ ypoˇcetn´ı komponenty

24


Nastaven´ı Arduina a prohl´ıˇzen´ı záznam˚ u

Na stejném principu funguj´ı operace se záznamy z Arduina. Model pro tyto záznamy tvoˇr´ı tˇr´ıda RecordsModel. Tento model je pouze jednosmˇern´ y, tzn. data se nemodifikuj´ı a nevracej´ı zpˇet do zdroje, ale jsou pouze zobrazována. Jedin´ ym pˇr´ıpadem manipulace s daty v pˇr´ısluˇsném zdroji je jejich smazán´ı. K tomu slouˇz´ı metoda void clear(). Jelikoˇz i v tomto pˇr´ıpadˇe m˚ uˇze uˇzivatel zobrazovat záznamy z v´ıce sklen´ık˚ u, je nutné si v modelu uchovávat jejich ID. Tˇr´ıda RecordsModel stejnˇe jako ConfigModel obsahuje metodu void parseData(String[]), která pˇrevád´ı data z textové podoby do objekt˚ u Record. Tyto objekty zastupuj´ı jednotlivé záznamy a umoˇzn ˇuj´ı k nim snadn´ y pˇr´ıstup. Data jsou pˇredávána prezentaˇcn´ı komponentˇe RecordsDiagram, která je vykresluje v pˇrehledném grafu, viz obr. 5.2. Tato komponenta je um´ıstˇena v oknˇe pro zobrazen´ı záznam˚ u RecordsDialog. V tomto oknˇe jsou zároveˇ n um´ıstˇena tlaˇc´ıtka pro odstranˇen´ı záznam˚ u a pro uloˇzen´ı aktuáln´ıho grafu jako obrázku ve formátu PNG2 . Pˇri ukládán´ı obrázku do souboru se nejprve vykresl´ı graf do objektu BufferedImage, coˇz je tˇr´ıda reprezentuj´ıc´ı grafické obrázky z knihovny java.awt. Objekt je poté prostˇrednictv´ım statické metody write() tˇr´ıdy ImageIO zapsán jako soubor PNG do zvoleného um´ıstˇen´ı. Jako název tohoto souboru se implicitnˇe nastav´ı datum a ˇcas z levého okraje aktuálnˇe zobrazeného grafu.

Obrázek 5.2: Zobrazen´ı záznam˚ u z Arduina v grafu

2

Portable Network Graphics – Pˇrenosná s´ıt’ová grafika, formát pro bezztrátovou kompresi rastrové grafiky

25

6 Aplikace pro webový server Software um´ıstˇen´ y na serveru se skládá ze samostatn´ ych PHP skript˚ u. Ty slouˇz´ı nejen pro komunikaci s Arduinem a aplikac´ı v PC, ale i pro zobrazen´ı základn´ıho uˇzivatelského rozhran´ı v oknˇe prohl´ıˇzeˇce. Data jsou na serveru uchovávána v databázovém systému MySQL. K propojen´ı mezi skripty a databáz´ı je pouˇzita knihovna PDO, která se objevila v PHP od verze 5.1 [26].

6.1

Datab´ azov´ y model

K uchováván´ı dat je pouˇzit relaˇcn´ı databázov´ y systém [27], kter´ y je na serveru k dispozici. Vˇetˇsina neplacen´ ych hosting˚ u poskytuje uˇzivateli pˇr´ıstup k databázi, která je vyhrazena pro jeho webov´ y prostor na serveru. Nejˇcastˇeji b´ yvá spravována databázov´ ym strojem MySQL1 , kter´ y je vydáván v nˇekolika verz´ıch. Na neplacen´ ych serverech b´ yvá zpravidla bezplatná verze MySQL, která je ˇs´ıˇrena pod licenc´ı GPL2 . Komunikace s relaˇcn´ı databáz´ı prob´ıhá prostˇrednictv´ım dotazovac´ıho jazyka SQL3 , kter´ y obsahuje pˇr´ıkazy pro manipulaci s daty, definici dat, ˇr´ızen´ı pˇr´ıstupov´ ych práv a ˇr´ızen´ı transakc´ı. user

greenhouse

record

userid INT

greenhouseid INT

recordid INT

username VARCHAR(64)

user_id INT

greenhouse_id INT

password VARCHAR(32)

name VARCHAR(64)

lastlog_dt DATETIME

token VARCHAR(32)

lastlog_ip VARCHAR(45)

request_cnf BOOL

token VARCHAR(32)

update_cnf BOOL

Indexes

dt DATETIME

config

Indexes

type ENUM('A','E')

configid INT

v1 INT

greenhouse_id INT

v2 INT

type ENUM('V', 'W', 'D') number INT

v3 INT Indexes

v1 INT v2 INT Indexes

Obrázek 6.1: ER model databáze. Vytvoˇreno v MySQL Workbench 6.1 Na obrázku 6.1 je vidˇet E-R-A diagram databáze, kter´ y byl vytvoˇren pˇri návrhu modelu. Tabulka informac´ı o uˇzivatel´ıch user uchovává jména a hesla 1

http://www.mysql.com/ https://www.gnu.org/licenses/gpl.html 3 Structured Query Language - Strukturovan´ y dotazovac´ı jazyk 2

26

Aplikace pro webový server

Knihovna PDO

uˇzivatel˚ u, data posledn´ıch pˇrihláˇsen´ı a aktuáln´ı komunikaˇcn´ı kl´ıˇce pro spojen´ı s PC aplikac´ı. Základn´ı informace o sklen´ıc´ıch jednotliv´ ych uˇzivatel˚ u jsou v tabulce greenhouse. Ta obsahuje ID majitele, název sklen´ıku, komunikaˇcn´ı kl´ıˇc pro pˇripojen´ı Arduina a pˇr´ıznaky pro synchronizaci konfiguraˇcn´ıch dat mezi serverem a Arduinem. Ke kaˇzdému sklen´ıku pˇr´ısluˇs´ı záznamy v tabulkách config a record. V prvn´ı tabulce jsou aktuáln´ı data konfigurace Arduina. Do druhé tabulky jsou ukládány záznamy z Arduina.

6.2

Knihovna PDO

Pro spojen´ı serverové aplikace s databáz´ı je pouˇzita knihovna PDO. Datové objekty PHP, neboli PDO, je rozˇs´ıˇren´ı PHP5, které vytváˇr´ı abstraktn´ı 4 ˇ rozhran´ı mezi PHP a mnoha typy SRBD . PDO bylo navrˇzeno tak, aby programátor nemusel pˇri zmˇenˇe databázového systému upravovat vˇsechny skripty, které k databázi pˇristupuj´ı. Kaˇzd´ y databázov´ y systém definuje vlastn´ı 5 ˇ API pro funkce, které jsou pro vˇetˇsinu SRBD spoleˇcné. Tˇemito funkcemi jsou napˇr. vytvoˇren´ı pˇripraveného v´ yrazu (Prepared Statement) nebo zpracován´ı chyb (Error Handling). Fakt, ˇze tato API nejsou sjednocená, pˇrináˇs´ı v pˇr´ıˇ padˇe zmˇeny SRBD nutnost pˇrepisovat mnoho ˇra´dk˚ u kódu a vede k nov´ ym chybám. Ty je následnˇe potˇreba opˇet odladit, coˇz b´ yvá ˇcasovˇe nároˇcné. Ab6 sence jednotné knihovny, jako je JDBC v pˇr´ıpadˇe Javy, ˇradila jazyk PHP v ˇzebˇr´ıˇcku popularity za v´ yznamné programovac´ı jazyky. Nyn´ı, kdyˇz taková knihovna existuje, z´ıskává PHP lepˇs´ı pozici a je obl´ıbenou platformou pro miliony programátor˚ u [28].

6.3

Rozhran´ı pro Arduino a PC aplikaci

Server je navrˇzen jako spojovac´ı uzel mezi Arduinem a PC aplikac´ı. Pro komunikaci s Arduinem je na serveru skript uconn.php. Ten pˇrij´ımá od Arduina vˇsechny tˇri typy poˇzadavk˚ u (kontroln´ı, potvrzovac´ı a odes´ılán´ı dat) a odpov´ıdá na nˇe prostˇrednictv´ım tag˚ u popsan´ ych v kapitole Program pro Arduino. Pokud skript pˇrijme kontroln´ı poˇzadavek, ovˇeˇr´ı jméno uˇzivatele a token zaslan´ y Arduinem. V pˇr´ıpadˇe, ˇze autorizace neprobˇehne u ´spˇeˇsnˇe, odeˇsle 4

Systém pro ˇr´ızen´ı b´ aze dat Application Programing Interface - Rozhran´ı pro programován´ı aplikac´ı 6 Java Database Connectivity – Rozhran´ı pro jednotn´ y pˇr´ıstup k databáz´ım v Javˇe 5

27

Aplikace pro webový server

Rozhran´ı pro Arduino a PC aplikaci

se Arduinu negativn´ı odpovˇed’. Jakmile je token v databázi nalezen a uvedené jméno je totoˇzné se zaslan´ ym, je Arduinu odesláno kladné potvrzen´ı autorizace a aktuáln´ı ˇcas serveru. Následnˇe skript zkontroluje v databázi pˇr´ıznaky pro synchronizaci. Jestliˇze jsou na serveru k dispozici konfiguraˇcn´ı data pro Arduino, naˇctou se z databáze, pˇrevedou se do textového formátu a zaˇslou se jako souˇca´st odpovˇedi na kontroln´ı poˇzadavek. Arduino data pˇrijme, odeˇsle potvrzovac´ı poˇzadavek a skript nastav´ı v databázi pˇr´ıznak update_cnf na logickou 0. Pokud je nastaven pˇr´ıznak request_cnf, je Arduinu odeslán pˇr´ısluˇsn´ y informaˇcn´ı tag, viz tabulka 4.3. Arduino po pˇrijet´ı tohoto tagu zaˇcne odes´ılat konfiguraˇcn´ı data. Po pˇrijet´ı prvn´ıho poˇzadavku s tˇemito daty nastav´ı skript synchronizaˇcn´ı pˇr´ıznak na logickou 0. Poˇzadavek s odes´ılan´ ymi daty m˚ uˇze obsahovat také záznamy z Arduina. Skript tento záznam prostˇrednictv´ım funkce explode() rozloˇz´ı na jednotlivé poloˇzky, které uloˇz´ı do databáze. Pro komunikaci s PC aplikac´ı slouˇz´ı skript clientconn.php. Ten zpracovává vˇsechny pˇr´ıkazy uvedené v tabulce 5.1. Po pˇrihláˇsen´ı uˇzivatele zaˇsle aplikace pˇr´ıkaz requestcnf a skript v databázi nastav´ı pˇr´ıznak request_cnf na logickou 1 u vˇsech sklen´ık˚ u, které patˇr´ı uˇzivateli. To zajist´ı, ˇze budou v databázi aktuáln´ı data ze vˇsech sklen´ık˚ u pro pˇr´ıpad, ˇze by je chtˇel uˇzivatel upravovat. Pˇri odes´ılán´ı konfiguraˇcn´ıch dat z PC aplikace na server je pouˇzit pˇr´ıkaz sendcnf. Po odeslán´ı vˇsech dat je pˇr´ıkazem updatecnf nastaven pˇr´ıznak update_cnf na logickou 1. T´ım je dosaˇzeno toho, ˇze Arduino zaˇcne pˇrij´ımat konfiguraˇcn´ı data aˇz po jejich u ´plném odeslán´ı na server. Pˇri kaˇzdém pˇrihláˇsen´ı (pˇr´ıkaz login) nebo pˇri registraci (pˇr´ıkaz register) prob´ıhá generován´ı tokenu pro komunikaci aplikace se serverem. Tento token je pak odeslán aplikaci. Kód pro generován´ı unikátn´ıho tokenu vypadá následovnˇe: $token = md5(uniqid(mt_rand()) . $_SERVER[’REMOTE_ADDR’]); Token je vytváˇren funkc´ı MD5, která vypoˇc´ıtává hash z náhodného ˇc´ısla a IP adresy uˇzivatele. Stejn´ y kód je pouˇzit pro generován´ı tokenu pro Arduino. Pokud uˇzivatel zaloˇz´ı nov´ y sklen´ık s pˇripojen´ım k serveru, odeˇsle aplikace pˇr´ıkaz addunit a skript pˇridá do tabulky greenhouse novou poloˇzku vázanou na pˇrihláˇseného uˇzivatele.

28

7 Diskuze a budouc´ı práce Vytvoˇren´ y systém ovládá dva v´ ystupy (zavlaˇzován´ı, ventilace) a z´ıskává data ze tˇr´ı vstup˚ u (tlaˇc´ıtka, DHT11, vlhkost p˚ udy). Pokud by mˇel uˇzivatel zájem pˇripojit dalˇs´ı v´ ystupn´ı zaˇr´ızen´ı, napˇr. osvˇetlen´ı nebo vytápˇen´ı, bylo by to po hardwarové stránce moˇzné, protoˇze na Arduinu z˚ ustal jeden nezapojen´ y v´ ystupn´ı pin D0. Z hlediska softwaru je to také reálné, ale je potˇreba doplnit a ˇca´steˇcnˇe upravit stávaj´ıc´ı programy ve dvou ˇca´stech systému. V pˇr´ıpadˇe Arduina by musel b´ yt rozˇs´ıˇren algoritmus pro ovládán´ı v´ ystup˚ u a v ovládac´ı aplikaci pro PC pˇridán dalˇs´ı panel v oknˇe konfigurace. Stejn´ y pˇr´ıpad nastává, pokud se uˇzivatel rozhodne pˇripojit k Arduinu dalˇs´ı senzory, napˇr. pro mˇeˇren´ı vnˇejˇs´ı teploty nebo intenzity sluneˇcn´ıho svitu. Do voln´ ych vstupn´ıch pin˚ u A3 - A6 je moˇzné pˇripojen´ı aˇz ˇctyˇr senzor˚ u. V Arduinu by pak musela b´ yt rozˇs´ıˇrena funkce pro záznam dat a v PC aplikaci rozˇs´ıˇren graf pro zobrazen´ı záznam˚ u. Pokud by uˇzivatel chtˇel podle tˇechto dat ovládat nˇekter´ y z v´ ystup˚ u, muselo by b´ yt rozˇs´ıˇreno konfigurován´ı systému. Moˇznost ˇr´ıdit vybrané v´ ystupn´ı zaˇr´ızen´ı podle dalˇs´ıho senzoru znamená pˇridán´ı pol´ı pro zadán´ı mezn´ıch hodnot tohoto senzoru do panelu pro nastaven´ı vybraného v´ ystupn´ıho zaˇr´ızen´ı v oknˇe konfigurace. V programu pro Arduino by to obnáˇselo upraven´ı algoritmu pro porovnáván´ı konfiguraˇcn´ıch dat a hodnot z´ıskan´ ych ze senzor˚ u. Pˇri realizaci systému, konkrétnˇe pˇri tvorbˇe programu pro Arduino, se vyskytl problém s omezenou dostupnost´ı microSD karet s velikost´ı do 2 GB, coˇz je maximáln´ı velikost, kterou podporuje souborov´ y systém FAT16. Tyto karty jiˇz témˇeˇr vymizely z obchod˚ u. Tento problém by zp˚ usobil nepouˇzitelˇ sen´ım je pouˇz´ıt vˇetˇs´ı SD kartu a vytvoˇrit na nost vytvoˇreného systému. Reˇ n´ı 2 GB odd´ıl FAT16, pˇriˇcemˇz zbyl´ y prostor z˚ ustane nevyuˇzit´ y. K vytvoˇren´ı tohoto odd´ılu slouˇz´ı napˇr. program fdisk, kter´ y je dostupn´ y v GNU/Linux a MS Windows.

29

8 Závˇer V této práci byli vytvoˇreny tˇri aplikace, které dohromady tvoˇr´ı systém pro automatizované ˇr´ızen´ı sklen´ıku. Prvn´ı aplikac´ı je software pro Arduino, které spoleˇcnˇe s shieldy, senzory a relé tvoˇr´ı ˇr´ıd´ıc´ı jednotku um´ıstˇenou ve sklen´ıku. Pro realizaci této aplikace bylo nutné jednotku nejdˇr´ıve sestavit. Cena Arduina vˇcetnˇe ostatn´ıch komponent nepˇresáhla ˇca´stku 1500 Kˇc. Protoˇze jsou to zároveˇ n jediné finanˇcn´ı náklady, lze cel´ y systém povaˇzovat za cenovˇe dostupn´ y, nebot’ komerˇcnˇe prodávaná zaˇr´ızen´ı v této cenové relaci slouˇz´ı pouze k ovládán´ı samotného zavlaˇzován´ı1 . Software pro Arduino umoˇzn ˇuje sp´ınán´ı ovládan´ ych v´ ystupn´ıch zaˇr´ızen´ı v nastaveném ˇcase po zvolenou dobu nebo pˇri dosaˇzen´ı nastaven´ ych mezn´ıch hodnot teploty a vlhkosti. Konfiguraˇcn´ı data pro ovládán´ı jsou do Arduina pˇrenáˇsena v souborech na SD kartˇe nebo pˇres s´ıt’ové spojen´ı. Arduino zaznamenává hodnoty ze senzor˚ u a stavy ovládan´ ych zaˇr´ızen´ı v ˇcase. Konfiguraci ovládán´ı provád´ı uˇzivatel v PC prostˇrednictv´ım aplikace vytvoˇrené v Javˇe. Ta umoˇzn ˇuje zobrazovat zaznamenaná data v grafu, export grafu jako obrázku PNG, nastaven´ı s´ıt’ového pˇripojen´ı Arduina a vzdálenou správu Arduina. Webov´ y server, slouˇz´ıc´ı jako spojovac´ı uzel, je vytvoˇren v jazyce PHP a k ukládán´ı dat pouˇz´ıvá SQL databázi. Na serveru pˇrij´ımaj´ı a poskytuj´ı data skripty pˇredstavuj´ıc´ı webové rozhran´ı pro obˇe zm´ınˇené aplikace. Systém tedy splˇ nuje vˇsechny poˇzadavky, které jsou uvedeny v zadán´ı práce.

1

http://www.gardena.com/cz/water-management/water-controls/

30

Literatura ˇ e Budˇejovice: [1] HEROUT, Pavel. Uˇcebnice jazyka Java. 5., rozˇs. vyd. Cesk´ Kopp, 2010, 386 s. ISBN 978-80-7232-398-2. [2] GILMORE, Jason W. Velká kniha PHP a MySQL 5: kompendium znalost´ı pro zaˇcáteˇcn´ıky i profesionály. Vyd. 1. [i.e. 2. vyd.]. Brno: Zoner Press, 2007, 864 s. ISBN 80-868-1553-6. [3] BANZI, Massimo. Getting started with Arduino. 1st ed. Make: Books / O’Reilly, 2009. ISBN 978-059-6155-513. [4] ARDUINO SA. Arduino [online]. 2005 [cit. 2014-04-24]. Dostupné z: http://arduino.cc/ [5] ATMEL CORPORATION. Atmel 8-bit Microcontroller with 4/8/16/32KBytes In-System Programmable Flash. San Jose, CA, 2012. [6] MONK, Simon. 30 Arduino projects for the evil genius. New York: McGraw-Hill, c2010, 191 s. ISBN 00-717-4133-X. [7] DI JUSTO, Patrick a GERTZ, Emily. Atmospheric monitoring with arduino: building simple devices to collect data about the environment. First edition. Farnham: O’Reilly, c2013, 76 s. ISBN 14-493-3814-3. [8] MARGOLIS, Michael. Arduino cookbook. 2nd ed. Sebastopol, Calif.: O’Reilly, c2012, 699 s. ISBN 14-493-1387-6. [9] VIRIUS, Miroslav. Jazyky C a C++: kompletn´ı kapesn´ı pr˚ uvodce programátora. 1. vyd. Praha: Grada, 2006, 518 s. ISBN 80-247-1494-9. [10] ARDUINO SA. The Arduino Playground [online]. 2005 [cit. 2014-04-24]. Dostupné z: http://playground.arduino.cc/

31

[11] MCROBERTS, Michael. Beginning Arduino. New York: Apress, 2010, 433 s. technology in action. ISBN 978-1-4302-3240-7. ´ [12] VONDRAK, Aleˇs. Sklen´ıky. 1. vyd. Brno: ERA, 2007, 116 s. Stav´ıme. ISBN 978-80-7366-105-2. ´ Josef. Sklen´ıky, paˇreniˇstˇe, fóliovn´ıky. 1. vyd. Praha: [13] SVOJANOVSKY, ˇ a zahrada. ISBN 80-716-9473-8. Grada, 1998, 97 s. Cesk´ [14] UNIVERSITY OF MASSACHUSETTS AMHERST. Fact Sheets on Greenhouse Management and Engineering [online]. 2014 [cit. 201404-24]. Dostupné z: http://extension.umass.edu/floriculture/ fact-sheets/greenhouse-management-engineering ´ Martin. Arduino: webov´ [15] MALY, y server i klient do ruky. In: Root.cz [online]. 27.7.2010 [cit. 2014-04-26]. Dostupné z: http://www.root.cz/ clanky/arduino-webovy-server-i-klient-do-ruky. [16] LOY, Marc a ECKSTEIN, Robert. Java Swing. 2nd ed. Sebastopol, CA: O’Reilly, c2003, 1252 s. ISBN 05-960-0408-7. [17] KOSEK, Jiˇr´ı. Protokol HTTP. In: PHP - tvorba interaktivn´ıch internetových aplikac´ı: podrobný pr˚ uvodce. Vyd. 1. Praha: Grada, 1999, s. 435460. Pr˚ uvodce (Grada). ISBN 80-7169-373-1. ´ [18] DOSTALEK, Libor. Velký pr˚ uvodce protokoly TCP/IP a systémem DNS. 2. aktualiz. vyd. Praha: Computer Press, 2000, 426 s. ISBN 80722-6323-4. [19] RESCORLA, E. SSL and TLS. Vyd. 1. Boston: Addison-Wesley, 2001, 499 s. ISBN 02-016-1598-3. [20] KERNIGHAN, Brian a RITCHIE, Dennis. Ukazatele a pole. In: Programovac´ı jazyk C. Vyd. 1. Brno: Computer Press, 2006, s. 111-144. ISBN 80-251-0897-x. [21] SIMON, Mark. A Crash Course in PDO [online]. Comparity Training Resources, 2010 [cit. 2014-04-20]. Dostupné z: http://resources. comparity.net/pdf/pdo.pdf ´ Ivona. Poˇc´ıtaˇcové s´ıtˇe: praktická pˇr´ıruˇcka správce s´ıtˇe. [22] SPURNA, Vyd. 1. Kralice na Hané: Computer Media, c2010, 180 s. ISBN 978807-4020-360.

32

[23] ECKEL, Bruce. Mysl´ıme v jazyku Java: knihovna zkuˇseného programátora. Praha: Grada, 2000, 472 s. ISBN 80-247-0027-1. [24] FRIESEN, Jeff. Beginning Java 7. New York, NY: Apress, c2011, 898 s. ISBN 978-1-4302-3909-3. [25] BOLLINGER, Gary a NATARAJAN, Bharathi. JSP - Java Server Pages: podrobný pr˚ uvodce zaˇc´ınaj´ıc´ıho tv˚ urce. 1. vyd. Praha: Grada, 2003, 418 s. Modern´ı programován´ı. ISBN 80-247-0340-8. [26] THE PHP GROUP. PHP Data Objects [online]. c2014 [cit. 2014-04-25]. Dostupné z: http://www.php.net/manual/en/book.pdo.php [27] LACKO, L’uboslav. SQL: kapesn´ı pˇrehled. Vyd. 1. Brno: CP Books, 2005, 96 s. ISBN 80-251-0788-4. [28] POPEL, Dennis. Learning PHP data objects: a beginner’s guide to PHP data objects, database connection abstraction library for PHP 5. 1. publ. Birmingham, UK: Packt Pub. Ltd, 2007. ISBN 978-184-7192-660.

33

A Uˇzivatelská pˇr´ıruˇcka Ovládac´ı aplikace v PC slouˇz´ı uˇzivateli k vytváˇren´ı a editován´ı ovládac´ıho nastaven´ı Arduina a k prohl´ıˇzen´ı zaznamenan´ ych informac´ı ze senzor˚ u a stav˚ u v´ ystupn´ıch zaˇr´ızen´ı. Hlavn´ı okno ovládac´ı aplikace je rozdˇeleno na dvˇe sekce, viz obr. A.1. Jedna slouˇz´ı pro práci s daty na SD kartˇe, druhá pro ovládán´ı prostˇrednictv´ım vzdálené správy. V sekci SD Karta je tlaˇc´ıtko pro v´ ybˇer koˇrenového adresáˇre SD karty. Po vybrán´ı adresáˇre se aktivuj´ı pˇr´ısluˇsná tlaˇc´ıtka pro práci s jednotliv´ ymi soubory. Ta slouˇz´ı pro nastaven´ı Arduina, konfiguraci ovládac´ıch dat a prohl´ıˇzen´ı uloˇzen´ ych záznam˚ u. Pro nastaven´ı vzdálené správy je v horn´ı liˇstˇe menu Vzdálený pˇr´ıstup. Seznam dostupn´ ych sklen´ık˚ u je v sekci Vzdálená správa. Zde je moˇzné odebrat Arduino z databáze tlaˇc´ıtkem (X).

Obrázek A.1: Hlavn´ı okno aplikace

34

A.1

Zaloˇ zen´ı sklen´ıku a naˇ cten´ı dat z SD karty

Pˇred samotnou konfigurac´ı je potˇreba do ˇctec´ıho zaˇr´ızen´ı v PC vloˇzit SD kartu s odd´ılem FAT16. Stisknut´ım tlaˇc´ıtka Otevˇr´ıt u´loˇziˇstˇe se otevˇre dialog pro v´ ybˇer adresáˇre. V nˇem je nutné zvolit koˇrenov´ y adresáˇr SD karty. ˇ Následnˇe se aktivuj´ı tlaˇc´ıtka Nastaven´ı jednotky a R´ıd´ıc´ı data jednotky. Pokud je na kartˇe soubor s uloˇzen´ ymi záznamy, aktivuje se zároveˇ n tlaˇc´ıtko Zobrazit záznamy.

A.2

Vzd´ alen´ a spr´ ava

Pokud uˇzivatel vyuˇzije moˇznosti ovládán´ı a sledován´ı sklen´ıku pˇres Internet, mus´ı nejprve v aplikaci nastavit URL webového rozhran´ı. V menu Vzdálený pˇr´ıstup je poloˇzka Nastaven´ı, která otevˇre dialog pro zadán´ı URL (obrázek A.2). Následnˇe je zapotˇreb´ı vytvoˇrit vlastn´ı uˇzivatelsk´ y u ´ˇcet. Zvolen´ım Zaloˇzit

Obrázek A.2: Dialog pro nastaven´ı URL webového rozhran´ı u´ˇcet v menu Vzdálený pˇr´ıstup se zobraz´ı dialog pro vytvoˇren´ı nového u ´ˇctu (obrázek A.3). Pokud má uˇzivatel u ´ˇcet jiˇz vytvoˇren, m˚ uˇze se pˇrihlásit volbou Pˇrihlásit (obrázek A.4). Odhláˇsen´ı uˇzivatele a smazán´ı pˇr´ıpadn´ ych pˇrihlaˇsovac´ıch u ´daj˚ u je provádˇeno volbou Odhlásit.

Obrázek A.3: Dialog pro vytvoˇren´ı nového u ´ˇctu

35

Obrázek A.4: Dialog pro pˇrihláˇsen´ı uˇzivatele

A.3

Nastaven´ı Arduina

Stisknut´ım tlaˇc´ıtka Nastaven´ı jednotky se zobraz´ı dialog pro nastaven´ı názvu sklen´ıku, reˇzimu pˇripojen´ı k s´ıti a pˇr´ıpadnˇe i vˇsech parametr˚ u s´ıt’ového pˇripojen´ı, viz obrázek A.5. Zaˇskrtnut´ım pol´ıˇcka Vzdálená správa se v pˇr´ıpadˇe, ˇze je uˇzivatel pˇrihláˇsen, aktivuje sekce S´ıt’ové nastaven´ı jednotky. Pokud uˇzivatel pˇrihláˇsen nen´ı, zobraz´ı se nejprve dialog pro pˇrihláˇsen´ı. Aplikace automaticky pˇredvypln´ı kl´ıˇc, jméno uˇzivatele, adresu serveru a IP serveru. Tyto informace z´ıská aplikace od serveru, na kterém probˇehne pˇridán´ı Arduina do databáze. Pokud bude Arduino vyuˇz´ıvat DHCP server, staˇc´ı zadat pouze MAC adresu.

A.4

Nastaven´ı ovl´ ad´ an´ı

ˇ ıd´ıc´ı data jednotky nebo tlaˇc´ıtka s názvem sklen´ıku se Stisknut´ım tlaˇc´ıtka R´ zobraz´ı okno pro nastaven´ı ˇr´ıd´ıc´ıch dat Arduina (obrázek A.6). Na základˇe tˇechto dat Arduino ovládá v´ ystupn´ı zaˇr´ızen´ı a zapisuje záznamy. Uˇzivatel má moˇznost nastavit aˇz 32 r˚ uzn´ ych ˇcas˚ u spuˇstˇen´ı jednotliv´ ych zaˇr´ızen´ı po dobu, která m˚ uˇze b´ yt pro kaˇzd´ y ˇcas spuˇstˇen´ı r˚ uzná. Zároveˇ n má moˇznost zapnout ovládán´ı na základˇe vstupn´ıch dat ze senzor˚ u. V tom pˇr´ıpadˇe mus´ı nastavit hraniˇcn´ı hodnoty jednotliv´ ych veliˇcin. Také jsou k dispozici pole pro nastaven´ı prodlevy mezi jednotliv´ ymi záznamy hodnot ze senzor˚ u a doby, po kterou bude vyˇrazen algoritmus ovládán´ı podle konfigurace, pokud uˇzivatel pouˇzije ruˇcn´ı reˇzim.

36

Obrázek A.5: Dialog pro nastaven´ı Arduina

A.5

Zobrazen´ı z´ aznam˚ u

Stisknut´ım tlaˇc´ıtka Zobrazit záznamy v oknˇe pro nastaven´ı ovládán´ı nebo pˇr´ımo v hlavn´ım oknˇe aplikace se zobraz´ı okno se záznamy vyobrazen´ ymi v grafu (obrázek A.7). Pomoc´ı kurzoru myˇsi je moˇzné prohl´ıˇzet hodnoty ze senzor˚ u ve zvoleném ˇcase. Tlaˇc´ıtkem Obnovit se opˇetovnˇe nahraj´ı záznamy a aktualizuje se graf. Po stisknut´ı tlaˇc´ıtka Uloˇzit jako obrázek se zobraz´ı dialog pro v´ ybˇer um´ıstˇen´ı souboru s obrázkem. Záznamy se z u ´loˇziˇstˇe (souboru nebo databáze) maˇzou tlaˇc´ıtkem Odstranit záznamy.

37

Obrázek A.6: Dialog pro konfiguraci ovládán´ı

Obrázek A.7: Dialog pro zobrazen´ı záznam˚ u

38

Západočeská univerzita v Plzni Fakulta aplikovaných věd Katedra informatiky a výpočetní techniky. Arduino: Automatizovaný skleník

Recommend Documents