Tokrat sem napisal malo daljši prispevek kjer bom malo opisal projekt, ki sva se ga kakšno leto nazaj lotila skupaj z mojim prijateljem in članom tega foruma - Gorki-jem. Gorki sicer ni več dosti aktiven, malo ga je razkuril nivo nekaterih članov v sicer zanimivih debatah.
Nadaljne branje odsvetujem vsem tistim, ki jih strokovne (malo teoretično obarvane diskusije) motijo oz. se jim zdijo brezveze. Te tudi lepo naprošam, da ne smetijo po temi.
Zadeva vseeno nebo preveč teoretična, ker je končni rezultat delujoč izdelek.
Namen zakaj sva se zadeve lotila ni komercialen, (razmišljava pa seveda tudi v tej smeri), ampak je razlog veselje do programiranja, konstruiranja, razvoja nečesa novega, itd.
Za današnje čase morda malo čuden razlog, vendar če pogledamo širše, brez razvoja ni napredka.
Vse skupaj se je začelo z idejo optimizacije plovila predvsem v smislu porabe. Optimizacija je dosežena, če na obstoječem plovilu zmanjšaš porabo ali povečaš hitrost ali oboje.
Potrebno je bilo razviti nek merilni sistem, s pomočjo katerega bi lahko na enostaven in pregleden način zbrali in predstavili ključne podatke za optimizacijo: hitrost (GPS), porabo (L/h) in obrate motorja. Hkrati so za optimizacijo dobrodošli tudi podatki o temperaturi motorja, kotu trima, določeni tlaki, itd...
Plovila in njihovi motorji se polega vseh znanih delitev lahko delijo tudi na tiste, ki imajo nmea2000 (CAN-bus) priklop in tiste, običajno starejše, ki tega nimajo.
Z Gorki-jem sva si delo razdelila - on naredi sistem za motorje brez nmea2K jaz naredim za nmea2K. Takoj sva pošteno pljunila v roke in na lanski ruti imela na čolnih vsak svojo delujočo rešitev. Nekaj o tej zadevi sem napisal tukaj:
http://www.morjeplovec.net/forum/viewtopic.php?t=13300
Na žalost je šla tema malo v franže, upajmo da bo tokrat drugače.
Takrat sem imel na čolnu zgolj delujoč prototip na PC, ki je beležil in shranjeval nekaj (sicer ključnih) podatkov. Šlo je bolj zato, da sva videla ali je stvar sploh izvedljiva, ali na "vodi" funkcionira... Prototip se je izkazal odlično in tako je razvoj šibal dalje, nove ideje pa so se nizale kot gobe po dežju. Gorki-ju pa je ravno tako uspelo razviti delujoč prototip kot samostojni potovalni računalnik. Veliko časa je posvetil merjenju pretoka goriva in tu je veliko možnosti kako stvar narediti zelo točno.
Moje "domače" področje je sicer razvoj aplikacij za krmiljenje ozvočenj, procesiranje zvoka v realnem času,... Vseeno sem nekaj let nazaj razvil sklop programov za izvajajnje meritev zemljin v geomehanskem laboratoriju. Zadeva je še danes no1. v večjih laboratorijih s to dejavnostjo v slo. Meni takrat zelo dober vir financ, saj smo živeli v dobi debelih krav, ko so investicije v razvoj v večjih gradbenih podjetjih cvetele... Nato je udarila kriza, novi programi niso šli v izvedbo, prodor na globalno tržišče bi tudi finančno in časovno zahteval svoje in dejavnost je bilo treba malo preusmeriti... Skratka zadeva se je odložila in bo glede na trenutno situacijo še vsaj leto na čakanju. Bo pa prišla na vrsto. Da ne bom zašel... proces zajema in obdelave nmea2k podatkov je po zasnovi zelo podoben zgoraj omenjeni laboratorijski aplikaciji.
Kdor se malo ukvarja s kontrolo procesov in merjenjem, sigurno pozna programsko okolje LabView. Po vzorcu iz LabView sem tudi sam naredil svoj sistem t.i. "nodov" oz. vozlišč, njihovi medsebojni povezavi oz. relaciji, vsak node ima svoje subnode itd. Vsak node ima sistemski kontroler in ima procesni kontroler, itd. Zadeva temelji na objektnem programiranju v jeziku c# z intenzivno izrabo (zlorabo?!) generike.
Končni program naj bi tako znal manipulariti z vsemi podatki nmea2000 mreže, uporabnik bi lahko sam definiral kaj in kako se meri, kako se merjeni rezultati prikazujejo (npr. kateri parameter je x os na grafu in kateri y), nmea podatki bi se zajemali in kasneje reproducirali. Končen rezultat naj bi bil (s strani uporabnika določeno) poročilo o performansi plovila. Nekaj v obliki preglednih diagramov (hitrost - poraba, profil obratov, profil hitrosti, obrati - zdrs propelerja, ...). Podatki bi bili predstavljeni tako, da lahko nek strokovnjak (tu bi izpostavil našega člana SR290) s temi podatki takoj vidi, ali se plovilo da optimirat z vidika pogona. Hkrati bi (v kolikor bi bil tak sistem v splošni uporabi) lahko dobili zelo izdatno bazo podatkov.
Mimogrede, kompleten sistem je v celoti remote - ima serverski program in klientski program za upravljanje na daljavo.
Slika oken programa za PC
Kot povzetek:
- nmea2000
- prikaz parametrov
- prikaz arhitekture mreže
- beleženje in reprodukcija
- poročilo o performansah plovila
- oddaljeni management
Bolj ko se je zadeva približevala koncu, lepše je vse izgledalo, vse super, vendar na koncu sva z Gorki-jem imela le eno misel v glavi; kdo za vraga bo na čoln nosil sabo PC? Ok, obstajajo navtični Pc-ji pa taki in drugačni, tudi dragi niso preveč... Lani na ruti sem imel prenosnika MacBookPro 15", nekako je šlo, na večjem plovilu bi šlo še lažje ampak vseeno. Zgodilo se je to, česar sem se bal in otepal od samega začetka... Padla je ideja: kaj ko bi mi to naredili na androidu???
Lahko bi rekel ne, androida se pa ne grem, vendar bi potem obstali in na koncu ni bilo kaj, kot začet se učit programiranja androida.
Pri razvoju na Androidu sta sa razpolago 2 varianti: programiranje v c# z razvojnim orodjem Xamarin Studio ali programiranje v javi v npr. Eclipse.
https://xamarin.com/studio
http://developer.android.com/tools/sdk/eclipse-adt.html
Poizkusil sem oboje in moram priznat, pri Xamarinu vedo kaj delajo, naredili so odlično, tega se tudi zavedajo, zato je zadeva draga. Predraga za naju (mene) ker delava bolj ko ne iz veselja. Obstal sem na Javi in Eclipse ki je zastonj. Na koncu mi ni žal, ker Xamarin marsičesa ne podpira (ne podpira zato, ker tudi ni v .net framework definicijah) in bi javi na koncu težko ušel. No, če bi nekdo financiral Xamarin bi ga z veseljem uporabil. Demo verzija je sicer zastonj, narediš lahko karkoli (komercialnega), omejen pa si na 512 kB prevedene kode. To pa je žal premalo.
Razvoj sistema na PC je tako obstal in z vso paro sem se zagnal na androida.
O programiranju nebi pisal, morda naj omenim, da sem imel nekaj sivih las, ker java na androidu ne pozna "unsigned" tipov; pri določenih zadevah je to potrebno upoštevati.
Rezultat je tako android aplikacija, ki se na nmea2k sistem poveže preko bluetooth-a. Omogoča naslednje:
- prikazuje nmea2k podatke, shranjuje (vse) dobljene nmea2k podatke na SD kartico kot nekakšna črna skrinjica. Povprečni dan na plovilu (cca 3-4h plovbe) zasede okrog 10MB spomina - 16GB ne bo tako kmalu polnih.
- določene nmea2k podatke prikazuje (v realnem času), trenutno: obrate motorja, hitrost, temperatura motorja, tlak v sistemu hlajenja motorja, napetost alternatorja, pretok goriva, delež obremenitve motorja, delež navora motorja, temperatura okolice, zračni tlak, kurz plovbe.
- v realnem času prikazuje tudi določene parametre, ki so izpeljani iz zgoraj navedenih: ekonomija (L/Nm), preostanek goriva, zdrs propelerja
- omogoča "predvajanje" posnetih podatkov v realnem času
- alarmi (vizualni in zvočni) za naslednje zadeve: previsoka temperatura motorja, previsoki obrati, padec oz. nepravilen tlak hladilne vode v sistemu.
- na android napravo s pognano aplikacijo, povezano na nmea2k (server) se lahko preko mreže priklopimo z drugo android napravo in v aplikaciji (klient) vidimo zgoraj omenjeni prikaz nmea2k podatkov v realnem času. Aplikacija se lahko obnaša kot server ali klient, odvisno od namena uporabe. Na klientu se tudi sprožijo alrmi. Klient se lahko poveže tako v lokalni kot globalni (3G, edge) mreži. Povezljivost (vidnost) serverskega androida v internetu zagotavlja t.i. "transparentni proxy".
Malo razlage:
Prikaz nmea2k je povsem jasen, verjetno tudi izpeljava določenih parametrov. Shranjevanje je tudi jasno, sprožijo ga obrati motorja. Ko motor ugasnemo, program neha snemati, zaključi datoteko in pripravi novo.
Predvajanje posnetka tudi ni neka znanost, omejitev je le, da se ne da "skakat" gor in dol po datoteki, kot je možno pri predvajanju audio in video datotek. Zaradi tega, ker nmea2k paketi niso fiksnih velikosti in nihče ne ve v kakšnem vrstnem redu prihajao.
Zvočni alarmi za temperaturo oz. obrate so tudi jasni, glede tlaka v hladilnem sistem pa je zadeva taka: določeni proizvajalci (konkretno BRP Evinrude) navajajo dovoljeno območje tlaka v sistemu pri določenih obratih. Tabelarično obrati proti min in max tlaku. Ti podatki, če jih narišemo na graf obrati/tlak tvorijo nek poligon. Aplikacija gleda, ali se trenutno s tlakom in obrati nahajamo znotraj ali zunaj poligona. Če smo dovolj dolgo zunaj sledi alarm. To je uporabno takrat, ko povozimo vrečko, ki pokrije usis vode ali pa takrat, ko želimo motor trimat iz vode da zmanjšamo upor. Zame ko rad dirkam, pomembna stvar.
Komunikacija serverja (android naprave z aplikacijo, ki je v čolnu priklopljena na nmea2k mrežo) in klientov (android naprava z aplikacijo kjer je pognan klientski pogled) poteka po TCP SSL kriptiranem protokolu. Komunikacijski sistem predhodno kompresira (zipa) podatke, če s tem zmanjša mrežni promet. Vse razrede za komunikacijo sem spisal sam, ne uporabljam nobenih že narejenih knjižnic. To obvladam, je ključno pri tej zadevi in želim imet popolno kontrolo nad dogajanjem. V lokalni mreži je server seveda "viden" klientom, v internetu (3g, edge preko sim kartice) pa vidnosti ni. V ta namen sem razvil transparentnega proxy-ja -> program ki teče na PC s statičnim IP naslovom, vidnim od povsod. Ta mora laufat, da so zadeve vidne. Namesto tega se da seveda uporabiti virtualno privatno mrežo -> lahko je bolj učinkovito, vendar ni garantirano, da bo tudi na Premudi delalo. Proxy je najbolj zanesljiv, vendar za veliko število klientov tudi neučinkovit. Klientov gledano na posamezni čoln pa verjetno ne bo več kot 1 ali 2.
Zgoraj sem omenil, da je povezava na nmea mrežo izvedena s pomočjo bluetootha. Seveda mora biti na strani mreže tudi bluetooth naprava. Povezljivost na drugi strani nam zagotavlja Actisense NGT1 - ISO (nmea2000 <-> RS232 vmesnik). RS232 pini so povezani na bluetooth modul, ki tisto kar dobi oz. sprejme zgolj prenaša iz in v eter. Naj omenim, da tisto, kar Actisense pošilja od sebe na RS232 pine ni neka ASCII vsebina (kot je to enostavno pri NMEA183) ampak je potrebno še "predelati" v osnovno obliko nmea2k paketa.
Actisense vmesnik je v osnovi namenjen PC-ju. Ko vmesnik kupiš, dobiš zraven tudi razvojno okolje za .net z nekaj demo projekti v c# in Visual Basic-u. Za pretvorbo bitnega streama v osnovne nmea2k pakete je potrebna posebna knjižnica (actisense .dll), ki mora biti vključena v vsak program, ki actisense vmesnik uporablja.
Fante pri actisensu je očitno malo čas povozil in za adroida z njihove strani ni pripravljenega ničesar. Upam da se bodo hitro zmigali.
Na internetu sem izbrskal nadomestno kodo za actisense.dll. Koda spisana v C-ju. Z nekaj muke sem uspel sčarati ekvivalent v javi in voila - actisense bit stream je tako postal razvozljiv v osnovne nmea2k pakete brez actisense.dll. Tokrat ne več samo na PC pač pa tudi androidu.
Zakaj bluetooth: ker porabi malo energije, je poceni, je razširjen, je zanesljiv (nisem zaznal nobenih težav potem ko so naprave uparjene med seboj), je priročen, ker ni kablov. Bluetooth je tudi ugoden, ker ostane wi-fi na razpolago za druge stvari (kominkacija server - klient).
Android operacijski sistem RS232 komunikacije v osnovi ne podpira. Obstajajo sicer variante (USB OTG + dodatne definicije OS-a) vendar je to preveč hekersko. Bluetooth je povsod. Po mojih izkušnjah deluje super, tudi zaznavanje padle povezave. Uporabljen je bluetooth 2.0, po specifikaciji je domet 10m. Meni na prostem dela na več kot 20m brez problema.
Kaj še manjka:
Manjka analizni del, oziroma prikaz merjenih in izpeljanih parametrov v uporabniku prijazni obliki. Pride kmalu. Še pred tem bom v prikaz dodal prikaz podatke o napetosti akumulatorja, polnilnem toku in lokaciji plovila.
Uporabnost in praktična vrednost tega sistema:
Aplikacija je uporabna za nekoga, ki bi rad "v globino" videl kaj se na plovilu dogaja. Aplikacija nikakor ni in nikoli ne bo namenjena navigaciji, za to je že veliko narejenega. Uporabno je pri optimizaciji, svetovanju pri izbiri propelerja (s pomočjo strokovnjaka), pri reševanju problemov s hlajenjem, diagnostika motorja,... Uporabno je kot dopolnitev predstavitve plovila v navtičnih publikacijah; sistem se v eni potezi montira na obstoječo nmea2k mrežo in že dela. Na zelo enostaven način omogoča priti do podatkov o porabi, minimalni porabi,... Uporabno je za izposojevalce plovil,... Sistem se seveda da tudi razširiti (npr nadzor dostopa na plovilo - alarm),... Če je denar, se verjetno hitro najde tudi možnost uporabe. Aja še to: žena zdaj lahko od doma vidi kje sem, kako hitro drvim in kam sem namenjen
. To morda ni preveč uporabno, je pa zanimivo.
Poleg zgoraj naštetega meni prinaša tudi zadoščenje ob dosegu dokaj visoko postavljenega cilja. Ko uspem za svoj čoln najti še optimalen propeler, sem na osebnem nivoju v navtiki dosegel vse. No nekaj je še stvari, ampak so bolj konfekcijske narave (npr. hi-fi na plovilu)
Obstoječi nmea2k sistemi:
Poleg klasičnih prikazovalnikov v navtičnih navigacijskih napravah obstajajo tudi kompletni informacijski sistemi. Proizvajalcev je več, Maretron se mi nekako zdi najbolj opazen. Večina ponuja nmea2000 <-> Wi-Fi kar potem lahko preko routerja in ustrezno tehnologijo spraviš v internet. Zraven nudijo tudi lične aplikacije ki podatke prikazujejo, na daljavo lahko vklopiš/izklopiš klimo, luči,... Imaš aplikacije na PC, android, mac.
http://www.maretron.com/
Vendar večina teh stvari se neha pri prikazu in vklopu/izklopu naprav. Tudi snemanje podatkov ni problem. Nikjer pa nisem zasledil npr. izračuna slip-a, alarmov, ni neke globje analize tega kar se prikazuje.
Prednosti napram komercialnim sistemom:
Skupno vsem komercialnim sistemom je, da so dokaj dragi in vsi zaprti. Ni mogoče kupiti Maretron sistema in potem nad njim razviti poljubno programje. Actisense s svojim NGT1 - ISO/USB je nekako edini, ki to omogoča, do sedaj le na PC. Običajno je tako, da vse dela nmea2k hardware, telefoni le prikazujejo. V telefonu je 4 jedrni procesor, kljub vsemu šibek, ampak procesne moči pa je več kot dovolj za kar si v okviru nmea2k lahko zmisliš.
Prednost je tudi mala poraba energije proti obstoječim rešitvam. Točnih meritev še nimam, sem pa prepričan, da bo poraba zavidljivo nizka.
Slabosti:
Razen tega, da je trenutno grafika bolj kot ne Tex-tovna nekih očitnih slabosti in kompromisov ni. Morda edino to, da ni dobro androida pozabit doma oz. pozabit prižgat ko izpluješ. Ker potem prikaz preostanka goriva ni več pravilen. Ampak spet isto velja tudi pri drugih sistemih nadzora porabe.... Takšno situacijo se sicer da lepo zaznat in uporabnika prijazno opozoriti, kar npr. moj Garmin 521 ne zna.
Slike aplikacije:
Vem da obstajajo na androidu programi za zajem slik ampak nimam časa se s tem ukvarjat. Sem kar poslikal:
Slika glavnega pogleda aplikacije.
Slika pogleda za vnos podatkov (minimalnih) o motorju oz. plovilu.
Slika pogleda za vnos podatkov za alarme. Za alarm tlaka hladilne vode v odvisnosti od vrtljajev točke predstavljajo pravokotnik od 200 do 6000 vrt in tlakom med 0.5 in 2 bar.
Zaenkrat nisem vnašal specifičnih podatkov za moj motor. Če je motor hlajen preko pipe (izpiranje) alarm veselo piska ker je takrat v mojem primeru tlak 0.3 bar.
Slika pogleda podatkov prikazanih v realnem času.
Slika pogleda podatkov za nastavitev komunikacijskega serverja. Slika pogleda klienta je enaka pogledu podatkov v realnem času, zato je nebi ponavljal.
Plani za naprej:
Poslovna skrivnost:) Plani so, ampak bomo videli kako in kaj. Zaenkrat bova z Gorkijem tole zadevo skušala spravit na nek začetni nivo prepoznavnosti, potem pa bommo videli.
Imava seveda še veliko idej.
Še za konec:
Za izdelavo te aplikacije je bilo vloženo veliko truda, precej neprespanih noči. Povsem na mestu je zavhala ženi za podporo in da je vse to ob dveh malih otrocih prenašala.
Če sicer koga izmed vas te stvari zanimajo in bi bil pripravljen na kakršen koli način sodelovati je lepo vabljen. Delujoč sistem bom imel seboj na ruti, če bo koga zanimalo lahko vse pokažem v živo. Me zanima kaj poznavalci te tematike menite o tej zadevi?
Viri:
http://stackoverflow.com/
http://www.panbo.com/forum/
https://github.com/
http://developer.android.com/sdk/index.html
http://www.codeproject.com/
LP in hvala za branje
