Inteligentn´ı domovn´ı syst´ em

(1)

Inteligentn´ı domovn´ı syst´ em

Diplomov´ a pr´ ace

Studijn´ı program: N2610 – Elektrotechnika a informatika Studijn´ı obor: 1802T007 – Informaˇcn´ı technologie Autor pr´ace: Bc. Tom´aˇs Moravec

Vedouc´ı pr´ace: doc. Ing. Josef Chaloupka, Ph.D.

(2)

Smart home system

Master thesis

Study programme: N2610 – Electrical Engineering and Informatics Study branch: 1802T007 – Information Technology

Author: Bc. Tom´aˇs Moravec

Supervisor: doc. Ing. Josef Chaloupka, Ph.D.

(3)

(4)

(5)

Prohl´ aˇ sen´ı

Byl jsem seznámen s t´ım, ˇze na mou diplomovou práci se plnˇe vzta- huje zákon ˇc. 121/2000 Sb., o právu autorském, zejména § 60 – ˇskoln´ı d´ılo.

Beru na vˇedom´ı, ˇze Technická univerzita v Liberci (TUL) neza- sahuje do mých autorských práv uˇzit´ım mé diplomové práce pro vnitˇrn´ı potˇrebu TUL.

Uˇziji-li diplomovou pr´aci nebo poskytnu-li licenci k jej´ımu vyuˇzit´ı, jsem si vˇedom povinnosti informovat o t´eto skuteˇcnosti TUL;

v tomto pˇr´ıpadˇe má TUL právo ode mne poˇzadovat úhradu náklad˚u, které vynaloˇzila na vytvoˇren´ı d´ıla, aˇz do jejich skuteˇcné výˇse.

Diplomovou práci jsem vypracoval samostatnˇe s pouˇzit´ım uvedené literatury a na základˇe konzultac´ı s vedouc´ım mé diplomové práce a konzultantem.

Souˇcasnˇe ˇcestnˇe prohlaˇsuji, ˇze tiˇstˇen´a verze pr´ace se shoduje s elek- tronickou verz´ı, vloˇzenou do IS STAG.

Datum:

Podpis:

14. 5. 2018

(6)

Podˇ ekov´ an´ı

Dˇekuji vedouc´ımu pr´ace panu doc. Ing. Josefu Chaloupkovy, Ph.D.

za odborné veden´ı a poskytnuté informace pˇri zpracován´ı závˇereˇcné diplomové práce.

(7)

Abstrakt

Diplomová práce se zabývá vytvoˇren´ım inteligentn´ıho domovn´ıho systému, urˇcenému ke zpracován´ı dat z bezpeˇcnostn´ıch a meteoro- logických ˇcidel, a ˇr´ızen´ı vybraných domovn´ıch zaˇr´ızen´ı. Komplexn´ı ˇreˇsen´ı zahrnuje jak samotný domovn´ı systém, tak mobiln´ı, webovou a desktopovou aplikaci. V úvodu jsou definovány základn´ı pojmy a poˇzadované vlastnosti. Následuje reˇserˇse a výbˇer vhodných hard- warových a softwarových ˇreˇsen´ı. Na základˇe reˇserˇse je navrˇzen koncept komplexn´ıho domovn´ıho systému, který je následnˇe realizován v jednotlivých etapách. Výstupem práce je funkˇcn´ı c´ılové zaˇr´ızen´ı, které aplikuje zvolené hardwarové i softwarové ˇreˇsen´ı.

Abstract

The master thesis deals with development of an intelligent home system, designed to process data from security and meteorological sensors, and to control of selected home devices. The solution inclu- des not only home system, but also mobile, internet and desktop applications. The introduction defines basic concepts and required functions, followed by a research and selection of the best hardware and software solutions. Based on the research, a concept of the complex system is designed and the solution is realized in separate stages. The result of this work is target device, which follows the chosen hardware and software solution.

(8)

Obsah

Seznam zkratek . . . 10

1 Uvod´ 11 2 Inteligentn´ı domovn´ı syst´em 12 2.1 Zabezpeˇcovac´ı syst´em . . . 12

2.1.1 Ustˇredna´ . . . 12

2.1.2 Ovladaˇc . . . 12

2.1.3 Detektor . . . 13

2.1.4 Komunik´ator . . . 13

2.2 Inteligentn´ı d˚um . . . 13

2.2.1 Centr´aln´ı jednotka . . . 14

2.3 Poˇzadovan´e vlastnosti . . . 14

2.3.1 Domovn´ı syst´em . . . 14

2.3.2 Desktopov´a aplikace . . . 15

2.3.3 Mobiln´ı aplikace. . . 15

2.3.4 Webov´a aplikace . . . 16

2.3.5 Komunikaˇcn´ı server . . . 16

3 Koncept 17 3.1 Domovn´ı syst´em . . . 17

3.1.1 R´ıd´ıc´ı jednotkaˇ . . . 17

3.1.2 Programovac´ı jazyk C++ . . . 18

3.1.3 V´yvojov´e prostˇred´ı Arduino . . . 18

3.1.4 Detektory . . . 19

3.1.5 Sp´ınac´ı prkvy . . . 19

3.1.6 Komunik´ator . . . 19

3.2 Desktopov´a aplikace . . . 20

3.2.1 Programovac´ı jazyk C# . . . 20

3.2.2 V´yvojov´e prostˇred´ı Visual Studio . . . 20

3.3 Mobiln´ı aplikace . . . 20

3.3.1 Programovac´ı jazyk Java . . . 21

3.3.2 V´yvojov´e prostˇred´ı Android Studio . . . 21

3.4 Webov´a aplikace . . . 21

3.5 Komunikaˇcn´ı server . . . 21

(9)

4 Prototyp domovn´ıho syst´emu 22

4.1 Vyuˇzit´ı mobiln´ıho telefonu . . . 22

4.1.1 Vyuˇzit´ı mobiln´ıho telefonu pro datovou komunikaci . . . 22

4.1.2 V´ybˇer vhodn´eho telefonu . . . 23

4.1.3 Zakoupen´y tlaˇc´ıtkov´y mobiln´ı telefon . . . 23

4.1.4 Informativn´ı kontaktov´an´ı v´yrobce . . . 24

4.1.5 Rozebr´an´ı mobiln´ıho telefonu . . . 24

4.1.6 Z´avˇer rozboru . . . 25

4.2 Prototyp domovn´ıho syst´emu . . . 25

4.2.1 Blokov´e sch´ema . . . 25

4.2.2 V´ysledn´y prototyp . . . 26

4.3 Firmware . . . 27

4.3.1 Nastaven´ı . . . 28

4.3.2 API . . . 28

4.3.3 Notifikace . . . 29

4.3.4 Chybov´a hl´aˇsen´ı . . . 30

5 Desktopová aplikace 31 5.1 Blokové schéma . . . 31

5.1.1 Connection . . . 32

5.1.2 Logic . . . 32

5.1.3 GUI . . . 32

5.2 Grafick´e uˇzivatelsk´e rozhran´ı. . . 32

5.2.1 Pˇripojen´ı/odpojen´ı ˇr´ıd´ıc´ı jednotky (Connection) . . . 33

5.2.2 Pˇrehled pˇripojen´ych komponent (Overview) . . . 34

5.2.3 Nastaven´ı senzoru (Sensor Edit) . . . 35

5.2.4 Nastaven´ı sp´ınaˇce (Switch Edit) . . . 35

5.2.5 Moˇznosti programu (Features) . . . 36

5.2.6 Notifikace . . . 36

5.3 Kompatibilita . . . 37

5.3.1 Testovan´e verze Windows 10 . . . 37

5.3.2 Podporovan´e ˇr´ıd´ıc´ı jednotky . . . 37

6 Mobiln´ı aplikace 39 6.1 Blokov´e sch´ema . . . 39

6.1.1 Communication . . . 39

6.1.2 Logic . . . 40

6.1.3 Activities . . . 40

6.2 Grafick´e uˇzivatelsk´e rozhran´ı. . . 40

6.2.1 Pˇrehled pˇripojen´ych komponent . . . 41

6.2.2 Podrobnosti vybran´e komponenty . . . 42

6.3 Kompatibilita . . . 43

7 Webov´a aplikace 44

(10)

8 Komunikaˇcn´ı server 45

8.1 Slep´e cesty v´yvoje . . . 45

8.1.1 Pˇr´ım´a komunikace mezi zaˇr´ızen´ımi . . . 45

8.1.2 Implementace serveru v ˇr´ıd´ıc´ı jednotce . . . 45

8.2 Blokov´e sch´ema . . . 45

8.2.1 Communication . . . 46

8.2.2 Logic . . . 46

8.2.3 Logger . . . 46

8.3 Zprovoznˇen´ı . . . 47

8.4 Konzolov´y v´ystup . . . 47

8.5 Testovac´ı klient . . . 47

9 Z´avˇer 49

Literatura 50

A Obsah pˇriloˇzen´eho CD 53

(11)

Seznam zkratek

API Application Programming Interface, rozhran´ı pro pˇr´ıstup k aplikaci COM Communication port, komunikaˇcn´ı rozhran´ı

GBS Glass break detector, detektor rozbit´ı skla

GPRS General Packet Radio Service, sluˇzba pro pˇrenos dat v mobiln´ı s´ıti GSM Groupe Spécial Mobile, globáln´ı systém pro mobiln´ı komunikaci GUI Graphical User Interface, grafické uˇzivatelské rozhran´ı

IDE Integrated development environment, integrované vývojové prostˇred´ı IP Internet Protocol, internetový protokol

LAN Local Area Network, m´ıstn´ı poˇc´ıtaˇcov´a s´ıt’

LED Light-Emitting Diode, dioda emituj´ıc´ı svˇetlo PIR Passive infrared sensor, pasivn´ı infraˇcervené ˇcidlo SMS Short message service, sluˇzba krátkých textových zpráv

TUL Technical University of Liberec, Technická univerzita v Liberci USB Universal Serial Bus, univerzáln´ı sériová sbˇernice

(12)

1 Uvod ´

Podnˇetem pro vytvoˇren´ı této práce mi byl m˚uj vlastn´ı zájem o zabezpeˇcovac´ı systémy, inteligentn´ı domovn´ı zaˇr´ızen´ı a propojován´ı hardware a software.

V dneˇsn´ı dobˇe je bˇeˇzné, ˇze je rodinný d˚um vybaven zabezpeˇcovac´ım zaˇr´ızen´ım, typicky proti zlodˇej˚um. V tˇechto pˇr´ıpadech se bˇeˇznˇe pouˇz´ıvá tlaˇc´ıtková klávesnice jako vstupn´ı prvek do zabezpeˇcovac´ıho systému. V posledn´ıch letech se také oblibˇe zaˇc´ınaj´ı tˇeˇsit domác´ı asistenti, chytré domy a vˇseobecnˇe pˇridáván´ı chytrých prvk˚u do naˇsich domov˚u, ˇr´ızených vˇetˇsino pomoc´ı mobiln´ıho telefonu. Navazuj´ıc na svou bakaláˇrskou práci, zabezpeˇcovac´ı zaˇr´ızen´ı pro osobn´ı automobily, jsem mˇel v plánu tematicky pokraˇcovat touto cestou. Proto jsem se rozhodl pro spojen´ı klasického zabezpeˇcovac´ıho systému s chytrými prvky, jako je napˇr´ıklad ovládán´ı pomoc´ı mobiln´ı aplikace, nebo skrze webové rozhran´ı. Vlastn´ım ˇreˇsen´ı jsem se rozhodl dokázat, ˇze tvorba takovéhoto systému je moˇzná, a také, ˇze výsledný produkt je praktický zároveˇn. Pˇri této pˇr´ıleˇzitosti jsem se rozhodl vytvoˇrit kompletn´ı paletu produkt˚u, které reprezentuj´ı vˇsechny velké softwarové platformy, tedy desktopovou, mobiln´ı a webovou.

Svým výzkumem jsem zjistil, ˇze vˇse lze realizovat. Proto jsem se rozhodl, ˇze v rámci své diplomové práci provedu prvn´ı etapu, a to vytvoˇren´ı funkˇcn´ıho prototypu a implementace kompletn´ıho softwarového ˇreˇsen´ı, které jiˇz bude moˇzné vyuˇz´ıvat s pˇr´ıpadným reálným produktem.

(13)

2 Inteligentn´ı domovn´ı syst´ em

Inteligentn´ı domovn´ı systém je kombinac´ı zabezpeˇcovac´ıho systému a prvk˚u chytré domácnosti. T´ımto spojen´ım se zvyˇsuje komfort obyvatel domu, s c´ılem zvýˇsit jejich pohodl´ı a zaruˇcit nejvyˇsˇs´ı moˇznou bezpeˇcnost. Následuj´ıc´ı ˇcást se vˇenuje vysvˇetlen´ı elementárn´ıch pojm˚u této problematiky, které se v dané tématice bˇeˇznˇe vyskytuj´ı.

Tato ˇcást rozdˇelena na zabezpeˇcovac´ı systém a inteligentn´ı d˚um, z kterýchˇz se inteligentn´ı domovn´ı systém sestává.

2.1 Zabezpeˇ covac´ı syst´ em

Elektronická zabezpeˇcovac´ı signalizace, neboli zabezpeˇcovac´ı systém, je zaˇr´ızen´ı, které vizuálnˇe nebo akusticky vyhlaˇsuje poplach a dává na vˇedom´ı, ˇze nastaly nˇejaké pot´ıˇze nebo doˇslo ke splnˇen´ı sledované podm´ınky [21]. Jde tedy o zaˇr´ızen´ı, které slouˇz´ı k ochranˇe osob a majetku. Systém je ˇr´ızen ústˇrednou a m˚uˇze se spustit analogovou (napˇr. dveˇrn´ı, ˇci okenn´ı ˇcidlo) i digitáln´ı (detektor pohybu) detekc´ı. Ko- munikace mezi detektory a ústˇrednou m˚uˇze být vedena kabelem, bezdrátovˇe anebo kombinac´ı pˇredeˇslých zp˚usob˚u, tj. jeden detektor m˚uˇze být pˇripojen kabelem a druhý bezdrátovˇe [13].

2.1.1 Ustˇ ´ redna

Mozkem celého systému je ústˇredna. Propojena je s ostatn´ımi prvky systému kabely nebo bezdrátovˇe a obstarává komunikaci mezi jednotlivými komponenty systému. V integrované pamˇeti má uloˇzené nejd˚uleˇzitˇejˇs´ı informace a nastaven´ı [13]. V závislosti na pˇripojených komponentech pak m˚uˇze r˚uznˇe reagovat na splnˇen´ı sledovaných podm´ınek. ˇCasto bývá vybavena jenom t´ım nejnutnˇejˇs´ım pro vyvolán´ı poplachu, to at’ uˇz akustického (siréna), nebo tichého (informován´ı majitele) [21].

2.1.2 Ovladaˇ c

K ovládán´ı, pˇr´ıpadnˇe k programován´ı ústˇredny slouˇz´ı ovladaˇc. Dneˇsn´ı alarmy je moˇzné ovládat nˇekolika zp˚usoby. Jako ovladaˇc se nejˇcastˇeji pouˇz´ıvá klávesnice vy- bavená tlaˇc´ıtky, pˇr´ıpadnˇe ˇcteˇckou (ˇcipovými kartami a pˇr´ıvˇeˇsky) nebo téˇz dálkové ovládán´ı. U nˇekterých systém˚u se dá pˇres klávesnici provést nastaven´ı celého systému.

Klávesnice slouˇz´ı k zastˇreˇzen´ı i odstˇreˇzen´ı systému [12]. Dalˇs´ımi zp˚usoby je ovládán´ı

(14)

pˇres internet, kdy se vˇetˇsinou pouˇz´ıvá integrované webové rozhran´ı, ke kterému se uˇzivatel m˚uˇze pˇripojit po zadán´ı hesla, nebo ovládán´ı pˇres mobil (SMS pˇr´ıkazy) [18].

2.1.3 Detektor

Detektor je prvek systému, který je rozm´ıstˇen v hl´ıdaném objektu a má za úkol reagovat aktivac´ı pˇri naruˇsen´ı (otevˇren´ı, pohyb, rozbit´ı atd.) a to tak, ˇze tuto informaci pˇredá ústˇrednˇe, která ji následnˇe zpracuje [12]. Nejˇcastˇeji pouˇz´ıvané detektorové prvky jsou:

• Magnetick´y kontakt (dveˇrn´ı ˇcidlo)

• Detektor pohybu (PIR detektor)

• Detektor tˇr´ıˇstˇen´ı skla (GBS detektor)

• Detektor plynu

• Infra z´avora

2.1.4 Komunik´ ator

V pˇr´ıpadˇe nutnosti odeslán´ı informac´ı o naruˇsen´ı objektu, pˇr´ıpadnˇe o odchylce od normáln´ıho provozn´ıho stavu zabezpeˇcovac´ıho systému, je moˇzné vyuˇz´ıt komu- nikátor. Ten m˚uˇze být ˇreˇsen v´ıce zp˚usoby, ale bˇeˇznˇe se vyuˇz´ıvá radiový vys´ılaˇc.

Pˇr´ıtomnost komunikátoru v systému, na rozd´ıl od ostatn´ıch ˇcást´ı, nen´ı podm´ınkou.

[12]. Nejˇcastˇejˇs´ı typy komunik´ator˚u jsou:

• GSM komunik´ator

• LAN komunik´ator

• Telefonn´ı komunik´ator

• Komunik´ator vyuˇz´ıvaj´ıc´ı radiov´e s´ıtˇe s vyhrazenou frekvenc´ı

2.2 Inteligentn´ı d˚ um

Inteligentn´ı d˚um, neboli chytrá domácnost, znamená moˇznost ovládán´ı osvˇetlen´ı, elektroinstalace, termostatu, domác´ıho alarmu, kamer nebo zámku dveˇr´ı na dálku skrze chytrý telefon, tablet, ale i poˇc´ıtaˇc nebo televizi. Bˇeˇznˇe je vˇse propojeno centráln´ı jednotkou, která vˇetˇsinou poskytuje dálkové ovládán´ı skrze internet.

(15)

2.2.1 Centr´ aln´ı jednotka

Srdcem chytré domácnosti je centráln´ı jednotka (neboli ˇr´ıd´ıc´ı jednotka), která komunikuje prostˇrednictv´ım konkrétn´ıho protokolu. K takové jednotce je moˇzné kdyko- liv dokupovat dalˇs´ı zaˇr´ızen´ı, a tvoˇrit tak komplexn´ı chytrou domácnost. Ovládán´ı a ˇr´ızen´ı celého systému je velmi jednoduché a intuitivn´ı. Inteligentn´ı d˚um se také stará o zabezpeˇcen´ı domácnosti a poskytuje aktuáln´ı pˇrehled informac´ı o svém stavu.

Nejˇcastˇejˇs´ı typy pˇripojovan´ych ˇr´ızen´ı:

• Osvˇetlen´ı

• Elektroinstalace

• Termostaty

• Zabezpeˇcen´ı

• Kamery

• Meteostanice

2.3 Poˇ zadovan´ e vlastnosti

Na základˇe poˇzadovaných vlastnost´ı, byl sestaven seznam poˇzadavk˚u vˇsech ˇcást´ı inteligentn´ıho domovn´ıho systému. Kaˇzdá z pˇeti ˇcást´ı obsahuje popis poˇzadovaných vlastnost´ı a výsledný seznam poˇzadavk˚u.

2.3.1 Domovn´ı syst´ em

Z úvodn´ı ˇcásti je zˇrejmé, ˇze domovn´ı systém obsahuje jak prvky zabezpeˇcovac´ıho systému, tedy mus´ı obsahovat detektory, komunikátor a ústˇrednu. Zároveˇn vˇsak obsahuje prvky inteligentn´ıho domu, tedy mus´ı být schopen monitorovat a ˇr´ıdit r˚uzná zaˇr´ızen´ı v domácnosti. V rámci domovn´ıho systému jsou výˇse zm´ınˇené prvky ˇr´ızeny ovladaˇcem. V této práci se jedná o desktopovou, mobiln´ı aplikaci a webovou aplikaci. Komunikace bude prob´ıhat pˇres internet.

Poˇzadavky na domovn´ı syst´em:

• Poskytnut´ı API

• Komunikace pˇres internet

• Vzdálené ovládán´ı vˇsech pˇripojených zaˇr´ızen´ı

• Vzdálená správa a monitoring vˇsech pˇripojených zaˇr´ızen´ı

• Spuˇstˇen´ı poplachu pˇri splnˇen´ı podm´ınek (kontaktov´an´ı uˇzivatele)

• Komunikaci s desktopovou, mobiln´ı a webovou aplikac´ı

(16)

2.3.2 Desktopov´ a aplikace

Desktopová aplikace mus´ı být schopna vyuˇz´ıt plného potenciálu ústˇredny, tedy umoˇznit kompletn´ı správu a nastavován´ı jednotlivých komponent (sp´ınaˇc˚u a senzor˚u). Komunikace s ústˇrednou bude umoˇznˇena pomoc´ı sériové linky (COM port), v pˇr´ıpadˇe prototypu bude pouˇzito pˇripojen´ı skrze USB.

Poˇzadavky na desktopovou aplikaci:

• Komunikace po seriov´e lince

• Zobrazen´ı seznamu vˇsech pˇripojench komponent

• Zobrazen´ı vˇsech informac´ı o zvolen´e komponentˇe

• Zmˇena libovoln´eho nastaven´ı vˇsech komponent

• Sledov´an´ı aktu´aln´ıho stavu vˇsech komponent

• Pˇridáván´ı nových komponent

• Odstraˇnov´an´ı st´avaj´ıc´ıch komponent

• Notifikace v pˇr´ıpadˇe zmˇeny stav˚u senzor˚u

• Zmˇena stavu sp´ınaˇc˚u

• Pˇripojován´ı a odpojován´ı od zvolené ústˇredny

2.3.3 Mobiln´ı aplikace

Mobiln´ı aplikace je uˇcena pouze jako monitorovac´ı zaˇr´ızen´ı, ze kterého bude moˇzné sledovat stavy jednotlivých senzor˚u, pˇr´ıpadnˇe sp´ınat veˇskeré sp´ınac´ı prvky. Jej´ı návrh je tedy znaˇcnˇe jednoduˇsˇs´ı oproti komplexnˇejˇs´ı desktopové aplikaci. Komu- nikace bude prob´ıhat pˇres internet.

Poˇzadavky na mobiln´ı aplikaci:

• Zobrazen´ı seznamu vˇsech pˇripojench komponent

• Zobrazen´ı vˇsech informac´ı o zvolen´e komponentˇe

• Notifikace v pˇr´ıpadˇe zmˇeny stav˚u senzor˚u

• Zmˇena stavu sp´ınaˇc˚u

• Pˇripojován´ı a odpojován´ı od zvolené ústˇredny

(17)

2.3.4 Webov´ a aplikace

Od webové aplikace se oˇcekává moˇznost sledován´ı aktuáln´ıho denn´ı online. Od aplikace se neoˇcekává moˇznost editace, ani a jakékoliv ˇr´ızen´ı. Komunikace bude prob´ıhat pˇres internet.

Poˇzadavky na webovou aplikaci:

2.3.5 Komunikaˇ cn´ı server

Komunikaˇcn´ı server je nutný pro navázán´ı spojen´ı mezi ˇr´ıd´ıc´ı jednotkou a mobiln´ı a webovou aplikac´ı. Od serveru se oˇcekává udrˇzován´ı a správa vˇsech spojen´ı, stejnˇe tak jako propagace zpráv do jejich c´ılových destinac´ı. Komunikaci je nutné logovat a bude prob´ıhat pˇres internet.

Poˇzadavky na komunikaˇcn´ı server:

• Udrˇzován´ı stálého spojen´ı s klienty

• Zajiˇstˇen´ı komunikace mezi klienty

• Logov´an´ı prob´ıhaj´ıc´ı komunikace

(18)

3 Koncept

Na základˇe poˇzadovaných vlastnost´ı a pˇrechoz´ıch zkuˇsenost´ı autora, byl vybrán

3.1 Domovn´ı syst´ em

Domovn´ı syst´em je kombinac´ı zabezpeˇcovac´ıho zaˇr´ızen´ı a sp´ınac´ıch prvk˚u. Tˇemto ˇc´astem se budu vˇenovat n´ıˇze, kde vyberu nejvhodnˇejˇs´ı varianty.

3.1.1 R´ıd´ıc´ı jednotka ˇ

R´ıd´ıc´ı jednotka mus´ı b´ˇ yt schopna spravovat vˇsechny pˇripojené detektory, senzory a sp´ınac´ı prvky, a komunikovat s desktopovou a mobiln´ı aplikac´ı, a zároveˇn mus´ı ˇr´ıdit a zpracovávat jednotlivé komponenty. Jiˇz ze zadán´ı diplomové je zˇrejmé, ˇze ˇr´ıd´ıc´ı jednotkou bude vývojová platforma Arduino [25], která je se svými perife- riemi [5] a ˇcipem Atmega [8], pˇr´ıpadnˇe ARM Cortex-M3, v´ıce neˇz vhodnou pro tyto úˇcely. Firmware ˇr´ıd´ıc´ı jednotky bude psán v jazyku C++ s nadstavbou Wi- ring (knihovna pro ˇr´ızen´ı hardwaru) [27] a vývoj bude prob´ıhat jak v oficiáln´ım vývojovém prostˇred´ı Arduino[6], tak v prostˇred´ı Visual Studio 2017 s rozˇs´ıˇren´ım Vi- sual Micro [24], které poskytuje zvýrazˇnován´ı syntaxe knihovny Wiring a umoˇzˇnuje komplikaci a nahráván´ı kódu pˇr´ımo na desku Arduino. Komunikace bude prob´ıhat skrze mobiln´ı datovou s´ıt’.

Zvolen´a ˇr´ıd´ıc´ı jednotka:

• Arduino DUE (914 Kˇc s DPH), (arduino-shop.cz)

(19)

Obrázek 3.1: Vývojová platforma Arduino DUE

3.1.2 Programovac´ı jazyk C++

Vývoj softwaru bude prob´ıhat v programovac´ım jazyce C++ s nadstavbou vývojové platformy Wiring (knihovna Wire)[6], která jazyk rozˇsiˇruje o nové pˇr´ıkazy, pro pˇr´ımé ˇr´ızen´ı hardwarových souˇcástek, vˇse zastˇreˇseno sadou knihoven [2] (od tv˚urc˚u desky Arduino), které pˇridávaj´ı nové funkce, aby potencionáln´ı vývojáˇr nepotˇreboval hlubˇs´ı znalosti programován´ı a hardwaru. Tento kompletn´ı bal´ık pˇr´ıkaz˚u [4] je nˇekdy také nazýván programovac´ım jazykem Arduino [1].

3.1.3 V´ yvojov´ e prostˇ red´ı Arduino

Pro ˇcást vývoje bude pouˇzito oficiáln´ı vývojové prostˇred´ı, od tv˚urc˚u desky Arduino s identickým názvem Arduino [6]. Jedná se o poˇc´ıtaˇcový software s otevˇreným zdro- jovým kódem (open-source) [7], urˇcený k jednoduchému psan´ı a nahráván´ı zdro- jových kód˚u na desku. Prostˇred´ı lze nainstalovat na operaˇcn´ı systém Windows, MAC a Linux. Z vlastn´ı zkuˇsenosti vyjmenuji výhody, mezi které patˇr´ı zvýraznˇen´ı a barevné rozliˇsen´ı jednotlivých pˇr´ıkaz˚u, plná podpora vývojové platformy Wiring, podpora vˇsech oficiáln´ıch i neoficiáln´ıch desek Arduino, zabudovaný klient pro komunikaci na sériové lince a dalˇs´ıch funkce. Nevýhodou je absence pˇredv´ıdán´ı a do- konˇcován´ı kódu (predikce), nápovˇeda pˇri volán´ı ˇcást´ı programu (funkc´ı, knihoven atd.), nemoˇznost krokován´ı programu a velice obecné chybové hláˇsky, kv˚uli kterým je nároˇcné odhalit pˇr´ıpadné chyby.

Jako alternativn´ı vývojové prostˇred´ı k IDE Arduino bylo zvoleno Visual Studio 2017, d´ıky dobrému zvýraznˇen´ı syntaxe, moˇznost skryt´ı obsah˚u funkc´ı a krokován´ı kódu, d´ıky rozˇs´ıˇren´ı Visual Micro [24], které nav´ıc umoˇzˇnuje komplikaci a nahráván´ı kódu pˇr´ımo na desku Arduino. V´ıce o aplikaci Visual Studio n´ıˇze.

(20)

3.1.4 Detektory

Detektory jsou vˇsechny velmi podobné a proto staˇc´ı pˇripravit implementaci jejich sn´ımán´ı. V pˇr´ıpadˇe detektor˚u mus´ı být moˇzné pˇripojit libovolný detektor, který lze nastavit jako sp´ınac´ı (normálnˇe rozepnutý), nebo rozp´ınac´ı (normálnˇe sepnutý). Pro testovac´ı úˇcely byly zvoleny dva detektory, kaˇzdý jednoho typu.

Zvolen´e detektory:

• Dveˇrn´ı ˇcidlo (rozp´ınac´ı), (poskytl vedouc´ı)

• PIR detektor (sp´ınac´ı), (25 Kˇc s DPH), (aliexpress.com)

Obr´azek 3.2: Detektor pohybu (PIR detektor)

3.1.5 Sp´ınac´ı prkvy

U sp´ınac´ıch prvk˚u nen´ı nutné volit jednotlivé komponenty, ale staˇc´ı pˇripravit implementaci jejich sp´ınán´ı. Poté je moˇzné pˇripojit libovolnou sp´ınatelnou souˇcástku.

3.1.6 Komunik´ ator

Poˇzadavek na komunikátor je pˇrenos dat na server pˇres mobiln´ı data. P˚uvodn´ı zadán´ı jako komunikátor urˇcuje mobiln´ı telefon, pomoc´ı kterého máme umoˇznit ˇr´ıd´ıc´ı jednotce datové pˇrenosy. Zvolen byl nový a zároveˇn nejlevnˇejˇs´ı mobiln´ı telefon na trhu.

Tento zp˚usob pˇr´ıstupu do mobiln´ı datov´e s´ıtˇe se nezdaˇril a zad´an´ı bylo upraveno.

Byla zvolena alternativa v podobˇe GSM/GPRS modulu, který byl zakoupen z ˇC´ıny, dodac´ı doba této souˇcástky, stejnˇe jako na vˇsechn ostatn´ıch, byla pˇres jeden ka- lendáˇrn´ı mˇes´ıc.

Zvolen´e komunik´atory:

• Mobiln´ı telefon STK R45i Black (449 Kˇc s DPH), (alza.cz)

• GSM/GPRS modul (290 Kˇc s DPH), (aliexpress.com)

(21)

Obr´azek 3.3: Komunikaˇcn´ı modul GSM/GPRS - SIM808

3.2 Desktopov´ a aplikace

Na základˇe poˇzadovaných vlastnost´ı byl zvolen c´ılový operaˇcn´ı systém Windows 10, jakoˇzto v Evropˇe nejrozˇs´ıˇrenˇejˇs´ı [11]. Programovac´ı jazyk C# a vývojové prostˇred´ı Visual Studio 2017. Jednotlivé poˇzadavky kladené na desktopovou aplikaci lze nalézt n´ıˇze. Komunikace s aplikac´ı bude prob´ıhat skrze pˇripojen´ı USB (COM).

3.2.1 Programovac´ı jazyk C#

Vývoj desktopové aplikace bude prob´ıhat v programovac´ım jazyce C#. Jedná se o vysokoúrovˇnový objektovˇe orientovaný programovac´ı jazyk vyvinutý firmou Micro- soft zároveˇn s platformou .NET Framework. C# lze vyuˇz´ıt k tvorbˇe databázových program˚u, webových aplikac´ı a stránek, webových sluˇzeb, formuláˇrových aplikac´ı ve Windows, softwaru pro mobiln´ı zaˇr´ızen´ı (PDA a mobiln´ı telefony) a dalˇs´ıch.

3.2.2 V´ yvojov´ e prostˇ red´ı Visual Studio

Pro vývoj softwaru bude pouˇzito vývojové prostˇred´ı (IDE) od Microsoftu, Visual Studio 2017. Vývojové prostˇred´ı m˚uˇze být pouˇzito pro vývoj konzolových aplikac´ı a aplikac´ı s grafickým rozhran´ım. Visual Studio obsahuje editor kódu podporuj´ıc´ı In- telliSense a refaktoring. IDE má integrovaný debugger. Vestavˇené nástroje zahrnuj´ı designer formuláˇr˚u pro tvorbu aplikac´ı s GUI, designer webu, tˇr´ıd a databázových schémat. Je moˇzné pˇridávat dodateˇcná rozˇs´ıˇren´ı.

3.3 Mobiln´ı aplikace

C´ılový operaˇcn´ı systém byl zvolen Android, jakoˇzto v Evropˇe nerozˇs´ıˇrenˇejˇs´ı [17]. Pro- gramovac´ı jazyk Java a vývojové prostˇred´ı a Android Studio. Jednotlivé poˇzadavky kladené na mobiln´ı aplikaci lze nalézt n´ıˇze. Komunikace bude prob´ıhat skrze mobiln´ı datovou s´ıt’.

(22)

3.3.1 Programovac´ı jazyk Java

Java je objektovˇe orientovaný programovac´ı jazyk, který se pouˇz´ıvá pro vývoj na platformˇe Android. Jedná se o jeden z nejpouˇz´ıvanˇejˇs´ıch programovac´ıch jazyk˚u na svˇetˇe. D´ıky své pˇrenositelnosti je pouˇz´ıván pro programy, které maj´ı pracovat na r˚uzných systémech, jako napˇr´ıklad mobiln´ı telefony, r˚uzná zabudovaná zaˇr´ızen´ı a aplikace pro desktopové poˇc´ıtaˇce.

3.3.2 V´ yvojov´ e prostˇ red´ı Android Studio

Android Studio je nové vývojové prostˇred´ı zaloˇzené na IntelliJ IDEA, vytvoˇrené firmou Google (dnes jiˇz Alphabet Inc.). Je dostupné pro systémy Windows, Mac OS X a Linux. Souˇcást´ı instalace je samotné IDE, Android SDK Tools, kompilátor An- droid a základn´ı emulátory s plnohodnotným systémem Android. D´ıky emulátoru lze testovat aplikace, pro libovolnou verzi systému Android, nebo pro libovolné rozliˇsen´ı, bez fyzického zaˇr´ızen´ı.

3.4 Webov´ a aplikace

Webová aplikace bude pro jednoduchost vývoje navázána na komunikaˇcn´ı server, jako webový náhled. Shodovat se tedy bude pouˇzitý programovac´ı jazyk (C#) i vývojové prostˇred´ı (Visual Studio 2017).

3.5 Komunikaˇ cn´ı server

Operaˇcn´ı syst´em byl zvolen Windows 10, kv˚uli rychlosti a jednoduchosti v´yvoje.

Programovac´ı jazyk C# a vývojové prostˇred´ı Visual Studio 2017. Komunikace s aplikac´ı bude prob´ıhat skrze pevné pˇripojen´ı k internetu.

(23)

4 Prototyp domovn´ıho syst´ emu

4.1 Vyuˇ zit´ı mobiln´ıho telefonu

Následuj´ıc´ıˇcást pojednává o snaze vyuˇz´ıt levný tlaˇc´ıtkový mobiln´ı telefon pro pˇr´ıstup do datové s´ıtˇe, pˇresnˇeji vyuˇz´ıt jeho GSM/GPRS modulu, integrovaném na desce telefonu. Práce na této ˇcásti zabraly pˇribliˇznˇe dva mˇes´ıce, po kterých se tato cesta ukázala jak slepá, proto byla zavrhnuta.

Za vˇs´ım stála myˇslenka, ˇze existuje velké mnoˇzstv´ı poˇskozených a nepouˇz´ıvaných tlaˇc´ıtkových mobiln´ıch telefon˚u, které jsou dnes jiˇz jednoduˇse nepouˇzitelné. Ta- kový nepouˇzitelný telefon je prakticky bezcenný, ale vˇetˇsinou stále obsahuje funkˇcn´ı souˇcástky, které je moˇzné vyuˇz´ıt.

Jedn´ım z c´ıl˚u práce bylo zjistit, zda jiˇz existuj´ı jiná ˇreˇsen´ı daného problému, pˇr´ıpadnˇe pokrýt chybˇej´ıc´ı ˇcást tˇechto ˇreˇsen´ı, napˇr´ıklad pro nezdokumentované mo- dely telefon˚u.

4.1.1 Vyuˇ zit´ı mobiln´ıho telefonu pro datovou komunikaci

Aktuálnˇe se mobiln´ı telefony rozdˇeluj´ı do dvou hlavn´ıch kategori´ı. Telefony chytré (smartphone), a telefony klasické, tlaˇc´ıtkové.

U chytrých telefon˚u je z´ıskán´ı pˇr´ıstupu do s´ıtˇe GPRS triviáln´ı. Staˇc´ı napsat software, který tyto zdroje poskytne pˇres port USB a t´ım je problém vyˇreˇsen. Klasické telefony se dˇel´ı do dvou podkategori´ı.

Prvn´ı podkategorie jsou telefony s dokumentac´ı a s API. Nˇekteré starˇs´ı telefony mˇeli otevˇrené dokumentace a nˇekterá dokonce i API pˇr´ımo pro tyto úˇcely (Motorola, Nokia). Pro tyto mobiln´ı telefony existuje velké mnoˇzstv´ı návod˚u a postup˚u, jak pˇripojen´ı do s´ıtˇe GPRS doc´ılit.

Druhou podkategori´ı jsou mobiln´ı telefony bez otevˇrených dokumentac´ı a bez API, která by zpˇr´ıstupˇnovala zdroje mobiln´ıho telefonu. Pro tyto mobiln´ı telefony nebylo nalezeno ˇzádné dostupné ˇreˇsen´ı, pˇritom jsou to telefony nejrozˇs´ıˇrenˇejˇs´ı, t´ım se staly pro tento projekt zaj´ımavými.

Z´ısk´an´ı pˇr´ıstupu do s´ıtˇe GPRS, skrze:

• Chytr´y telefon (ˇreˇsen´ı existuj´ı)

• Klasick´y telefon s API (ˇreˇsen´ı existuj´ı)

• Klasick´y telefon bez API a dokumentace (ˇreˇsen´ı nenalazeno)

(24)

4.1.2 V´ ybˇ er vhodn´ eho telefonu

Vzhledem k výsledk˚um pr˚uzkumu bylo rozhodnuto, pokusit se o vyˇreˇsen´ı vyuˇzit´ı klasického telefonu bez API a dokumentace. Prvn´ım úkolem bylo vybrán´ı vhodného tlaˇc´ıtkového mobiln´ıho telefonu pro tyto úˇcely. Po proveden´ı pr˚uzkumu trhu bylo zjiˇstˇeno, ˇze je moˇzné vyb´ırat jak z bazarových kus˚u, tak z nových. Zaj´ımavým zjiˇstˇen´ım bylo, ˇze ceny nových telefon˚u podporuj´ıc´ıch funkci GPRS se pohybuj´ı kolem 450 Kˇc s DPH za kus, zat´ım co bazarové kousky zaˇc´ınaj´ı na 600 Kˇc s DPH za kus. Vzhledem k niˇzˇs´ı cenˇe, záruce a garanci funkˇcnosti bylo rozhodnuto zakoupit nový model.

4.1.3 Zakoupen´ y tlaˇ c´ıtkov´ y mobiln´ı telefon

Pˇri výbˇeru nového tlaˇc´ıtkového telefonu byla hlavn´ım sledovaným prvkem cena a pˇr´ıtomnost GPRS. Bezkonkurenˇcnˇe nejlevnˇejˇs´ım telefonem byl tlaˇc´ıtkový mobil od britského výrobce STK R45i. Zakoupen byl prostˇrednictv´ım internetového obchodu Alza.cz za cenu 419 Kˇc s DPH bez dopravy. Cena s dopravou ˇcinila celkových 449 Kˇc s DPH.

Pˇred obdrˇzen´ım zakoupeného telefonu byl proveden pr˚uzkum, zda existuj´ı dokumentace, nebo zda se jiˇz nˇekdo, s touto znaˇckou, pokusil o nˇeco podobného. Kromˇe oficiáln´ıho letáku s velice obecnými parametry pˇr´ıstroje nebylo moˇzné nalézt ˇzádné veˇrejné dokumentace. Stejnˇe tak nebyly nalezeny ˇzádné informace o tom, ˇze by nˇekdo provádˇel, tˇreba i rozbor, tohoto, ˇci jiného zaˇr´ızen´ı od této znaˇcky. Ihned po obdrˇzen´ı bylo zahájeno vlastn´ı snaˇzen´ı o zpˇr´ıstupnˇen´ı GPRS.

Obr´azek 4.1: Zakoupen´y mobiln´ı telefon STK R45i

(25)

4.1.4 Informativn´ı kontaktov´ an´ı v´ yrobce

Bez existuj´ıc´ıch dokumentac´ı bylo rozhodnuto kontaktovat samotného výrobce. Byl zaslán email s vysvˇetlen´ım tohoto projektu a ˇzádost´ı o poskytnut´ı dokumentaˇcn´ıch podklad˚u. Napsáno bylo celkem na 3 oddˇelen´ı této britské spoleˇcnosti, pˇresnˇeji na obchodn´ı oddˇelen´ı, oddˇelen´ı podpory a servisn´ı centrum. Do jednoho týdne pˇriˇsla shodná odpovˇed’ od vˇsech tˇr´ı kontaktovaných oddˇelen´ı. Zprávou bylo, ˇze dokumentace nejsou schopni poskytnout a nemohou nijak pomoci.

Obr´azek 4.2: Jedna z odpovˇed´ı od spoleˇcnosti STK

4.1.5 Rozebr´ an´ı mobiln´ıho telefonu

Vzhledem k negativn´ı odpovˇedi výrobce byl zahájen vlastn´ı výzkum. Prvn´ım poku- sem byla komunikace s mobiln´ım telefonem skrze USB, stejnˇe jako to bylo moˇzné u telefon˚u s API k tˇemto úˇcel˚um. Pokusy o pˇr´ımou komunikaci po sériové lince byly systematicky provádˇeny po dobu tˇr´ı týdn˚u. Bez úspˇechu.

Po dohodˇe s vedouc´ım pr´ace, bylo rozhodnuto poruˇsit z´aruku a rozebrat telefon.

Primárn´ı zamˇeˇren´ı bylo na pˇr´ıpadné servisn´ı piny pro pˇripojen´ı a diagnostiku. Po hlubˇs´ım prozkoumán´ı se podaˇrilo nalézt servisn´ı piny, kde byla snaha je co nejlépe analyzovat a skrze nˇe komunikovat s mobiln´ım telefonem. Po nˇekolika týdnech opˇet bez úspˇechu.

(26)

Obr´azek 4.3: Servisn´ı piny

4.1.6 Z´ avˇ er rozboru

Po dvou mˇes´ıc´ıch snaˇzen´ı se z mobiln´ıho telefonu nepodaˇrilo z´ıskat ˇzádnou informaci. Prvn´ı týden se podaˇrilo zachytávat neznámé signály, nicménˇe po hlubˇs´ım pˇrezkoumán´ı spektráln´ım analyzátorem bylo zjiˇstˇeno, ˇze se nejedná o ˇc´ıslicový signál.

Po dvou mˇes´ıc´ıch práce, byla moˇznost vyuˇzit´ı tlaˇc´ıtkového telefonu, pro pˇr´ıstup do s´ıtˇe GPRS, uzavˇrena. Od vyuˇzit´ı mobiln´ıho telefonu bylo tedy upuˇstˇeno a jako vstupn´ı brána do GPRS byl poˇr´ızen samostatný GSM/GPRS modul.

4.2 Prototyp domovn´ıho syst´ emu

Uˇćelem prototypu je vývoj a testován´ı firmware a vzájemné komunikace s jednot- livými aplikacemi. Zapojen´ı mus´ı být modulárn´ı, snadno pˇrepojitelné a jednoduˇse pˇr´ıstupné k mˇeˇren´ı.

4.2.1 Blokov´ e sch´ ema

Prototyp je rozdˇelen do tˇrech hlavn´ıch blok˚u, které spolu vzájemnˇe komunikuj´ı. Pod blokovým schématem následuje detailn´ı popis tˇechto jednotlivých ˇcást´ı.

(27)

USB Sériová linka

GPRS modul SIM808

Komunikační

zařízení Arduino Due Periferie

Atmel SAM3X8E ARM Cortex-M3

Dveřní čidlo

Senzoru pohybu (PIR)

Spínací prvek (LED dioda)

Obrázek 4.4: Blokové schéma zapojen´ı prototypu domovn´ıho systému

Komunikaˇcn´ı zaˇr´ızen´ı: Tento blok obsahuje vˇsechna zaˇr´ızen´ı zprostˇredkov´avaj´ıc´ı komunikaci. Vˇzdy potˇrebujeme komunikovat pomoc´ı USB a internetov´eho pˇripojen´ı.

V pˇr´ıpadˇe prototypu sloˇz´ı k USB komunikaci vestavˇen ˇradiˇc USU, který se nacház´ı na desce Arduino. Internetové pˇripojen´ı zprostˇredkovává GPRS modul, v pˇr´ıpadˇe prototypu model SIM808, pˇr´ıpadnˇe podobný.

Arduino Due: Hlavn´ı blok Arduino Due obsahuje vývojovou desku Arduino Due, která slouˇz´ı jako centráln´ı jednotka celého domovn´ıho systému. Do této jednotky jsou zapojeny veˇskeré periferie, at’ jiˇz komunikátory, nebo senzory a sp´ınaˇce.

Periferie Blok periferie obsahuje vˇsechna ˇcidla, senzory, sp´ınaˇce a podobná zaˇr´ızen´ı, které má za úkol ˇr´ıd´ıc´ı jednotka kontrolovat. Pro demonstraci základn´ıch funkciona- lit bylo zvoleno dveˇrn´ı ˇcidlo, senzor pohybu PIR a sp´ınac´ı prvek typu LED dioda.

Vˇsechny tyto periferie lze jednoduˇse nahradit jinou libovolnou souˇc´astkou, pˇr´ıpadˇe nov´e pˇridat.

4.2.2 V´ ysledn´ y prototyp

Prototyp je schopen simulovat reálné nasazen´ı domovn´ıho systému. Obsahuje ˇr´ıd´ıc´ı desku Arduino, GSM modul pro pˇripojen´ı do s´ıtˇe internet, jeden sp´ınac´ı prvek (LED)

(28)

a dva senzory (PIR a dveˇrn´ı ˇcidlo). Kaˇzd´y senzor m´a svou vlastn´ı kontroln´ı diodu.

Ta signalizuje, zda je senzor sepnut´y ˇci nikoliv.

Obrázek 4.5: Jeden z prototyp˚u na nepájivém poli

4.3 Firmware

Hlavn´ım úˇcelem firmware (software pro ˇr´ıd´ıc´ı jednotku) je moˇznost kompletn´ıho ˇr´ızen´ı domovn´ıho systému a umoˇznˇen´ı komunikace, vˇcetnˇe poskytován´ı API pro pˇr´ıstup aplikac´ı. Software byl vyvinut pro platformu Arduino (ˇcip ARM Cortex-M3) v programovac´ım jazyce C++ s nadstavbou Wiring (knihovna pro ˇr´ızen´ı hardwaru) [27], za pomoc´ı vývojového prostˇred´ı Visual Studio 2017 s rozˇs´ıˇren´ım Visual Micro [24], které poskytuje zvýrazˇnován´ı syntaxe knihovny Wiring a umoˇzˇnuje komplikaci a nahráván´ı kódu pˇr´ımo na desku Arduino.

Dále budou zm´ınˇeny pouze ty ˇcásti, které jsou d˚uleˇzité pro pochopen´ı nastaven´ı zaˇr´ızen´ı a pˇr´ıstupu k aplikaci (API), samotný kód lze nalézt v pˇr´ıloze a zmiˇnován zde nebude.

(29)

4.3.1 Nastaven´ı

Inicializaˇcn´ı ˇcást slouˇz´ı k prvotn´ımu nastaven´ı mikrokontroleru pˇred spuˇstˇen´ım. Toto nastaven´ı lze mˇenit pouze pˇred prvn´ı kompilac´ı kódu, za bˇehu programu jej zmˇenit nelze. Jedinou cestou k jeho zmˇenˇe je tedy opˇetovná kompilace kódu s upraveným nastaven´ım a následné nahrán´ı do mikrokontroleru.

Nastavit lze:

• Komunikaˇcn´ı rychlost (baudRate)

• Maxim´aln´ı poˇcet senzor˚u

• Maxim´aln´ı poˇcet sp´ınaˇc˚u

• Kódy chybových hláˇsek

• Kl´ıˇcov´a slova API

4.3.2 API

Funkce API jsou nazvány podle své ˇcinnosti. Pˇri volán´ı jednotlivých funkc´ı se pos´ılá nejdˇr´ıve název funkce, které následuj´ı kulaté závorky, tedy

”(“ a

”)“, v nichˇz jsou uvedeny jednotlivé parametry. Kaˇzdý jeden parametr je oddˇelen ˇcárkou. Ve výsledku m˚uˇze výstup vypadat napˇr´ıklad takto

”SetSensor(10,5)“. V následuj´ıc´ı tabulce jsou vypsány vˇsechny dostupné funkce, typu getter.

Funkce Parametry Popis Vrac´ı

GetAllSensors() / Vrac´ı list vˇsech senzor˚u id, pin, name, state GetAllSwitches() / Vrac´ı list vˇsech sp´ınaˇc˚u id, pin, name, state

Tabulka 4.1: Tabulka API - Getters Ukázka vrácených senzor˚u:

Sensors((Id = 0,Pin = 8,Name = Door Sensor,State = 0,Type = 0)(Id = 1,Pin = 7,Name = PIR Sensor,State = 0,Type = 1))

Ukázka vrácených sp´ınaˇc˚u:

Switches((Id = 0,Pin = 6,Name = Led Switch,State = 0)) Dalˇs´ı tabulka obsahuje v´ypis vˇsech dostupn´ych funkc´ı, typu setter.

(30)

Dotaz Parametry Popis Vrac´ı SetSensorName() id, name Zmˇena jména senzoru OK, ERROR SetSwitchName() id, name Zmˇena jména sp´ınaˇce OK, ERROR SetSensorPin() id, pin Zmˇena pinu senzoru OK, ERROR SetSwitchPin() id, pin Zmˇena pinu sp´ınaˇce OK, ERROR SetSensorType() id, type Zmˇena typu senzoru OK, ERROR SetSwitchState() id, state Zmˇena stavu sp´ınaˇce OK, ERROR AddSensor() pin, name, type Pˇridán´ı nového senzoru OK, ERROR AddSwitch() pin, name, state Pˇridán´ı nového sp´ınaˇce OK, ERROR

DeleteSensor() id Smaz´an´ı senzoru OK, ERROR

DeleteSwitch() id Smaz´an´ı sp´ınaˇce OK, ERROR

Tabulka 4.2: Tabulka API - Setters U nastavovac´ıch dotaz˚u mus´ı b´yt

”id“ a

”pin“ ˇc´ıslo od 0 do 100,

”type“ a

”state“

mus´ı b´yt ˇc´ıseln´e hodnoty 0 (false) nebo 1 (true) a

”name“ mus´ı být maximálnˇe 30 znak˚u dlouhé (30 byt˚u). Pro

”state“ znamen´a 1 zapnuto, 0 vypnuto. Pro

”type“

znamen´a 1

”norm´alnˇe vypnuto / push to make“ a 0

”norm´alnˇe zapnuto / push to break“. Pokud jedna z podm´ınek nebude splnˇena, dotaz bude odm´ıtnut. Para- metr ”ID“ lze z´ıskat pomoc´ı pˇr´ıkazu

”GetAllSensors()“ a

”GetAllSwitches“ z jiˇz existuj´ıc´ıch zaˇr´ızen´ı.

Ukázka pˇridán´ı nového senzoru:

AddSensor(8, Muj novy senzor, 0) Uk´azka zmˇeny pinu senzoru:

SetSensorName(1, Moje nove jmeno senzoru) Uk´azka smaz´an´ı sp´ınaˇce:

DeleteSwitch(1)

4.3.3 Notifikace

R´ıd´ıc´ı jednotka m´ˇ a uloˇzen´e vˇsechny posledn´ı stavy senzor˚u a pˇri kaˇzd´em pr˚uchodu hlavn´ı smyˇckou probˇehne ˇcten´ı, pomoc´ı funkce

”checkSensorStateChangedAndSen- dIfTrue()“. Pokud nový stav nesouhlas´ı se starým, je zaslána notifikace s ID zaˇr´ızen´ı a aktuáln´ım stavem. Poté záleˇz´ı na c´ılové aplikaci, jak informaci zpracuje.

(31)

Uk´azka notifikace:

Sensor(Id = 1,State = 0)

4.3.4 Chybov´ a hl´ aˇ sen´ı

Chybová hláˇsen´ı (pˇri neúspˇeˇsném proveden´ı operace nebo jiné chybˇe) byla p˚uvodnˇe tvoˇrena pomoc´ı stavových kód˚u HTML [14]. Z d˚uvodu nedostatku pamˇeti (pˇri vývoji na platformˇe Arduino Uno) byla nahrazena jednoduchým

”OK“ a

”ERROR“. Kon- trola chyb se provád´ı vˇzdy pˇri zpracováván´ı kterékoliv z operac´ı podporuj´ıc´ı API.

Vˇzdy se kontroluje, zda je moˇzné zapsat, zda se provedl zápis, zda je nová hodnota po pˇreˇcten´ı stejná jako zapisovaná, a tak dále. Pokud nastane chyba, je vˇse vráceno do p˚uvodn´ıho stavu. Pokud pˇr´ıkaz nebyl rozpoznán, nebo nesplˇnuje kritéria tohoto API, je vrácena chybová hláˇska o nerozpoznán´ı pˇr´ıkazu.

Uk´azka odpovˇedi pˇri nerozpozn´an´ı pˇr´ıkazu:

Command ’SetSensor(15,5)’ not recognized.

(32)

5 Desktopov´ a aplikace

Hlavn´ım úˇcelem desktopové aplikace je moˇznost kompletn´ıho nastaven´ı a monito- rován´ı zabezpeˇcovac´ıho zaˇr´ızen´ı. Aplikace se zamˇeˇruje zejména na správu (vytváˇren´ı, upravován´ı, mazán´ı) vˇsech senzor˚u a sp´ınaˇc˚u. Software byl vyvinut pro operaˇcn´ı systém Windows v programovac´ım jazyce C#, za pomoc´ı IDE Visual Studio 2017.

Design byl inspirovaný manuálem jednotného vizuáln´ıho stylu TUL [15].

5.1 Blokov´ e sch´ ema

Kód aplikace je rozdˇelen do tˇrech hlavn´ıch blok˚u, které spolu vzájemnˇe komunikuj´ı.

Pod blokovým schématem následuje detailn´ı popis tˇechto jednotlivých ˇcást´ı.

SerialPort Connection Arduino Operations

Connection Logic GUI

Logic GUI Controller

Connection Overview

Features Sensor Switch

. . .

Obrázek 5.1: Blokové schéma objektového návrhu aplikace

(33)

5.1.1 Connection

Tento blok slouˇz´ı k pˇripojen´ı ˇr´ıd´ıc´ı jednotky skrze sériovou linku (SerialPort Con- nection), po které komunikuje za pomoc´ı API, poskytované touto jednotkou. Po navázán´ı spojen´ı se urˇc´ı typ pˇripojené ˇr´ıd´ıc´ı jednotky, kv˚uli poskytnut´ı seznamu pouˇzitelných pin˚u. Výstupem tohoto bloku jsou funkce pro jednoduché zapisován´ı a ˇcten´ı z jednotky (Arduino Operations), vˇcetnˇe kompletn´ıho seznamu pouˇzitelných pin˚u této jednotky. Seznam podporovaných ˇr´ıd´ıc´ıch jednotek Arduino lze nalézt v ˇcásti Kompatibilita.

5.1.2 Logic

Logic je hlavn´ı vlákno, které naˇc´ıtá veˇskeré viditelné ˇcásti aplikace (GUI Cont- roller) z bloku GUI a zároveˇn zprostˇredkovává komunikaci mezi blokem Connection a jednotlivými funkcemi v oknech aplikace (GUI). Nacház´ı se zde tedy napojen´ı na Arduino Operations z bloku Connection. Zároveˇn zpracovává vˇsechny informace, pˇricházej´ıc´ıch smˇerem od ˇr´ıd´ıc´ı jednotky (napˇr´ıklad notifikace, chybová hláˇsen´ı, sta- vové kódy atd.).

5.1.3 GUI

Jednotlivé funkce aplikace, vˇcetnˇe jejich grafického uˇzivatelského rozhran´ı poskytuje blok GUI. Napˇr´ıklad Overview poskytuje GUI pro pˇrehled vˇsech pˇripojených senzor˚u a sp´ınaˇc˚u, Senzor poskytuje GUI pro vytváˇren´ı a upravován´ı senzor˚u. Tyto funkce jsou vyuˇz´ıvány v bloku Logic, za pomoc´ı GUI Controlleru, který je naˇc´ıtá do hlavn´ıho okna aplikace.

5.2 Grafick´ e uˇ zivatelsk´ e rozhran´ı

V této ˇcásti textu budou zm´ınˇeny pouze ty ˇcásti GUI, které jsou d˚uleˇzité pro pochopen´ı ovládán´ı aplikace.

(34)

5.2.1 Pˇ ripojen´ı/odpojen´ı ˇ r´ıd´ıc´ı jednotky (Connection)

Obr´azek 5.2: Okno s moˇznost´ı pˇripojen´ı/odpojen´ı ˇr´ıd´ıc´ı jednotky

Záloˇzka Connection slouˇz´ı k pˇripojen´ı ˇci odpojen´ı ˇr´ıd´ıc´ı jednotky. Tato záloˇzka hl´ıdá, zda je pˇripojen´ı stále aktivn´ı. Pˇri ztrátˇe spojen´ı ihned informuje uˇzivatele a uprav´ı chován´ı celé aplikace. Záloˇzka rovnˇeˇz hl´ıdá, zda se neobjevilo nové zaˇr´ızen´ı k pˇripojen´ı, pokud ano, informuje uˇzivatele a zobraz´ı novˇe dostupná zaˇr´ızen´ı.

Zaˇr´ızen´ı pro pˇripojen´ı se vyb´ırá pomoc´ı Port, které obsahuje seznam vˇsech do- stupných COM port˚u. K vybranému COM portu je následnˇe zjiˇstˇen název zaˇr´ızen´ı, který se objev´ı v Device. Rychlost komunikace (BaudRate), lze vybrat ze stan- dardn´ıch komunikaˇcn´ıch rychlost´ı [9]. Vybraná komunikaˇcn´ı rychlost mus´ı být stejná, jako v ˇr´ıd´ıc´ı jednotce. Automaticky nastavená hodnota 9600 by mˇela odpov´ıdat pˇrednastavené rychlosti ˇr´ıd´ıc´ı jednotky.

Po zvolen´ı ˇr´ıd´ıc´ı jednotky a komunikaˇcn´ı rychlosti staˇc´ı zm´aˇcknou oranˇzov´e tlaˇc´ıtko Connect pro pˇripojen´ı, pˇr´ıpadnˇe Disconnect pro odpojen´ı.

Dostupn´e komunikaˇcn´ı rychlosti (BaudRate):

• 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 14400, 19200, 28800, 38400, 57600, 115200

(35)

5.2.2 Pˇ rehled pˇ ripojen´ ych komponent (Overview)

Obr´azek 5.3: Okno s pˇrehledem jednotliv´ych komponent

Pˇrehled pˇripojených komponent (Overview) slouˇz´ı pro zobrazen´ı vˇsech dostupných sp´ınaˇc˚u a senzor˚u, které jsou v ˇr´ıd´ıc´ı jednotce dostupné. Obsah se generuje dynamicky pod sebe, lze tedy zobrazit neomezený poˇcet zaˇr´ızen´ı (po pˇreteˇcen´ı viditelné ˇcásti se objev´ı scrollbar). Kaˇzdý dynamický ˇrádek je zobrazen dle svého typu, tedy zda se jedná o senzor nebo sp´ınaˇc. U sp´ınaˇc˚u lze mˇenit jejich aktuáln´ı stav, u senzor˚u lze aktuáln´ı stav pouze sledovat. V obou pˇr´ıpadech lze mˇenit intern´ı nastaven´ı kaˇzdého zaˇr´ızen´ı, pomoc´ı tlaˇc´ıtka na pravé stranˇe. V pˇr´ıpadˇe, ˇze ˇzádná zaˇr´ızen´ı neexistuj´ı, je uˇzivatel upozornˇen.

Z´ˇadná data nejsou editována v objektech uvnitˇr aplikace, ale ˇzádosti o zmˇenu jsou zas´ılány do ˇr´ıd´ıc´ı jednotky. Po obdrˇzen´ı odpovˇedi se bud’ projev´ı poˇzadovaná zmˇena, nebo je zobrazeno chybové hláˇsen´ı. V obou pˇr´ıpadech je uˇzivatel upozornˇen zda zmˇena probˇehla, ˇci zda neprobˇehla.

(36)

5.2.3 Nastaven´ı senzoru (Sensor Edit)

Obr´azek 5.4: Okno s nastaven´ım senzoru

Nastaven´ı senzoru slouˇz´ı k zmˇenˇe intern´ıho nastaven´ı uvnitˇr ˇr´ıd´ıc´ı jednotky. Lze mˇenit název zaˇr´ızen´ı (omezeno na 30 znak˚u), pin na kterém se senzor nacház´ı, typ senzoru (rozp´ınac´ı, sp´ınac´ı) a posledn´ı moˇznost´ı je smazán´ı senzoru. Výbˇer pin˚u závis´ı vˇzdy na pˇripojené desce. Pro tento úˇcel byl vytvoˇren kompletn´ı seznam vˇsech testovaných a kompatibiln´ıch desek, které lze k softwaru pˇripojit. Kompletn´ı seznam desek, které lze pouˇz´ıt, je k nalezen´ı v ˇcásti textu nazvané Podporované ˇr´ıd´ıc´ı jednotky.

5.2.4 Nastaven´ı sp´ınaˇ ce (Switch Edit)

Nastaven´ı je témˇeˇr identické s pˇredchoz´ım, proto nen´ı nutné náhledový obrázek.

Lze mˇenit název (omezeno na 30 znak˚u), pin na kterém se sp´ınaˇc nacház´ı. Jedinou zmˇenou moˇznost zmˇeny stavu tohoto sp´ınaˇce (zapnuto/vypnuto).

(37)

5.2.5 Moˇ znosti programu (Features)

Tato záloˇzka zpˇr´ıstupˇnuje r˚uzná nastaven´ı a funkce, které nejsou bˇeˇznˇe potˇrebné.

Pˇrehled funkc´ı:

• Pˇridat nov´y senzor

• Pˇridat nov´y sp´ınaˇc

• Znovu naˇc´ıst vˇsechna data z ˇr´ıd´ıc´ı jednotky

• Zobrazovat notifikace, pokud se zmˇen´ı stav senzoru (pˇrep´ınaˇc)

• Zobrazovat notifikace, pokud se senzor navr´at´ı do v´ychoz´ıho stavu (pˇrep´ınaˇc)

5.2.6 Notifikace

Aplikace podporuje ˇsirokou ˇskálu notifikac´ı, upozornˇen´ı a varovných hláˇsen´ı, která slouˇz´ı pro upozornˇen´ı uˇzivatele na nastalou situaci. Napˇr´ıklad se jedná o zmˇenu stavu pin˚u, chybové stavy ˇr´ıd´ıc´ı jednotky, nebo odpojen´ı zaˇr´ızen´ı. Notifikace se zachytávaj´ı v hlavn´ım oknˇe, v ˇcásti kódu nazvané

”Autocalled functions (Events from Arduino)“, pomoc´ı event˚u.

Pˇrehled implementovan´ych notifikac´ı:

• Pˇripojen´ı zabezpeˇcovac´ıho zaˇr´ızen´ı

• Odpojen´ı zabezpeˇcovac´ıho zaˇr´ızen´ı

• Ztr´ata spojen´ı zabezpeˇcovac´ıho zaˇr´ızen´ı

• Automatick´y pokus o pˇripojen´ı se nezdaˇril

• Stav sp´ınaˇce pˇrenastaven

• Stav senzoru se zmˇenil

• Intern´ı chyba ˇr´ıd´ıc´ı jednotky

• Jm´eno se podaˇrilo/nepodaˇrilo zmˇenit

• PIN se podaˇrilo/nepodaˇrilo zmˇenit

• Typ senzoru se podaˇrilo/nepodaˇrilo zmˇenit

• Nov´y senzor se podaˇrilo/nepodaˇrilo pˇridat

• Nov´y sp´ınaˇc se podaˇrilo/nepodaˇrilo pˇridat

• Komponenty arduina se podaˇrilo/nepodaˇrilo znovu naˇc´ıst

• Nastaven´ı notifikac´ı zmˇenˇeno

(38)

5.3 Kompatibilita

5.3.1 Testovan´ e verze Windows 10

Desktopová aplikace byla testována pod operaˇcn´ım systémem Windows 10 ve vˇsech (v dobˇe psan´ı práce) vydaných sestavách a pro tento systém byla také optima- lizována. Nicménˇe c´ılová platforma Microsoft .NET Framework 4.5.2 [26] by mˇela zajiˇst’ovat zpˇetnou kompatibilitu aˇz do systému Windows Vista. Jmenovitˇe pro Win- dows Vista SP2, Windows 7 SP1, Windows 8, Windows 8.1, Windows 10 a novˇejˇs´ı [16].

Seznam vˇsech testovan´ych sestav syst´emu Windows 10:

• Version 1507 - Build 10.0.10240 (ˇcist´a instalace syst´emu)

• Version 1511 - Build 10.0.10586 (November Update)

• Version 1607 - Build 10.0.14393 (Anniversary Update)

• Version 1703 - Build 10.0.15063 (Creators Update)

• Version 1709 - Build 10.0.16299 (Fall Creators Update)

• Version 1803 - Build 10.0.17134 (April 2018 Update)

5.3.2 Podporovan´ e ˇ r´ıd´ıc´ı jednotky

R´ıd´ıc´ı jednotka, v pˇr´ıpadˇˇ e tohoto prototypu deska Arduino, existuje v nˇekolika va- riantách [3]. Jako ˇr´ıd´ıc´ı jednotku je vhodné pouˇz´ıt jednu z ˇrady produkt˚u ENHAN- CED FEATURES (Mega, Due a dalˇs´ı) [3], vzhedem k tomu, ˇze obsahuj´ı dostateˇcné mnoˇzstv´ı pamˇeti [10] pro udrˇzován´ı vˇetˇs´ıho mnoˇzstv´ı senzor˚u a sp´ınaˇc˚u. Vybrané jednotky, které jsou pro tento projekt pouˇzitelné, byly otestovány a zaˇrazeny mezi jednotky podporované. Tyto podporované jednotky se vyznaˇcuj´ı t´ım, ˇze desktopová aplikace obsahuje seznam pouˇzitelných pin˚u pro kaˇzdou z tˇechto desek. Tento seznam se z´ıskává ihned po pˇripojen´ı jednotky, a to na základˇe názvu desky poskytnutého ˇradiˇcem. Pokud pˇripojená deska nen´ı v seznamu, pouˇzije se seznam pin˚u pro desku Arduino Uno. V takovémto pˇr´ıpadˇe nen´ı zaruˇcena správná funkˇcnost softwaru. Po- kud pouˇzitý pin nen´ı v seznamu pin˚u desky, zaˇr´ızen´ı na tomto pinu nebude moˇzné ovládat, upravovat, ani s n´ım jakkoliv pracovat.

Seznam vˇsech podporovan´ych ˇr´ıd´ıc´ıch jednotek:

• Arduino/Genuino Uno (nedoporuˇceno)

• Arduino/Genuino Mega

• Arduino/Genuino Mega 2560

• Arduino Due (doporuˇceno)

(39)

Seznam desek kompatibiln´ıch s Arduino/Genuino Uno:

• Arduino/Genuino Duemilanove

• Arduino/Genuino Diecimila

• Arduino/Genuino Nano

• Arduino/Genuino NG

• Arduino/Genuino Mini

• Arduino/Genuino Extreme

• Arduino/Genuino USB

• Arduino/Genuino Serial

• Arduino/Genuino 101

(40)

6 Mobiln´ı aplikace

Hlavn´ım úˇcelem mobiln´ı aplikace je ˇcisté monitorován´ı ˇr´ıd´ıc´ı jednotky. Nen´ı tedy moˇzno mˇenit jakékoliv nastaven´ı (k ˇcemuˇz slouˇz´ı desktopová aplikace). Tato aplikace byla vyvinuta pro mobiln´ı operaˇcn´ı systém Android 4.0.3 (Ice Cream Sandwich - API 15) a vyˇsˇs´ı, v programovac´ım jazyce Java, za pomoc´ı IDE Android Studio 2.3.2.

Design byl inspirovaný manuálem jednotného vizuáln´ıho stylu TUL [15].

6.1 Blokov´ e sch´ ema

GPRS Client Operations

Communication Logic Activities

Logic Activity Controller

Overview Item Detail

Menu

Obrázek 6.1: Blokové schéma objektového návrhu aplikace

6.1.1 Communication

Tento blok slouˇz´ı k pˇripojen´ı ˇr´ıd´ıc´ı jednotky skrze internetové pˇripojen´ı (GPRS), za pomoc´ı mobiln´ı datové s´ıtˇe. Toto pˇripojen´ı komunikuje pomoc´ı API, poskytované ˇr´ıd´ıc´ı jednotkou. Po navázán´ı spojen´ı se zaˇzádá o vˇsechna dostupná data, která m˚uˇze

(41)

ˇr´ıd´ıc´ı jednotka poskytnout. Samotnou komunikaci zpracovává vlákno GPRS Client, které je napojené na Operations, kde se nacház´ı implementace API.

Aby internetová komunikace fungovala, musel být napsán komunikaˇcn´ı server, který je pevným bodem v s´ıti. Server na dané IP adrese a portu, zajiˇst’uje komunikaci vˇsech existuj´ıc´ıch ˇr´ıd´ıc´ıch jednotek a mobiln´ıch aplikac´ı. V´ıce o této problematice v ˇcásti textu nazvané Komunikaˇcn´ı server.

6.1.2 Logic

Blok Logic je hlavn´ı vlákno, které d´ıky Activity Controlleru naˇc´ıtá veˇskeré viditelné ˇcásti aplikace z bloku Activities a zároveˇn zprostˇredkovává komunikaci mezi blokem Communication a jednotlivými funkcemi v oknech aplikace (Activities). Nacház´ı se zde tedy napojen´ı na Arduino Operations z bloku Communication. Zároveˇn zpra- covává vˇsechny informace, pˇricházej´ıc´ıch smˇerem od ˇr´ıd´ıc´ı jednotky (napˇr´ıklad notifikace, chybová hláˇsen´ı, stavové kódy atd.).

6.1.3 Activities

Jednotlivé funkce aplikace, vˇcetnˇe jejich GUI, poskytuje blok Activites, v Androidu nazvaném jako Activity. Napˇr´ıklad Overview poskytuje Activity pro pˇrehled vˇsech pˇripojených senzor˚u a sp´ınaˇc˚u, Item Detail poskytuje Activity pˇrehled o vˇsech do- stupných informac´ı, které o vybrané komponentˇe aplikace má, a Menu poskytuje Acitivity s nastaven´ım. Tyto funkce jsou vyuˇz´ıvány v bloku Logic, za pomoc´ı Acti- vity Controlleru, který je naˇc´ıtá do hlavn´ıho okna aplikace.

6.2 Grafick´ e uˇ zivatelsk´ e rozhran´ı

V této ˇcásti textu budou zm´ınˇeny pouze ty ˇcásti GUI (Activities), které jsou d˚uleˇzité pro pochopen´ı ovládán´ı aplikace.

(42)

6.2.1 Pˇ rehled pˇ ripojen´ ych komponent

Obr´azek 6.2: Okno s pˇrehledem jednotliv´ych komponent

Stejnˇe jako v pˇr´ıpadˇe desktopové aplikace, slouˇz´ı pˇrehled pˇripojených zaˇr´ızen´ı pro zobrazen´ı vˇsech dostupných sp´ınaˇc˚u a senzor˚u, které jsou v ˇr´ıd´ıc´ı jednotce dostupné.

Obsah se generuje dynamicky pod sebe, lze tedy zobrazit neomezený poˇcet zaˇr´ızen´ı (po pˇreteˇcen´ı viditelné ˇcásti se objev´ı scrollbar). Kaˇzdý dynamický ˇrádek je zobrazen dle svého typu, tedy zda se jedná o senzor nebo sp´ınaˇc. U sp´ınaˇc˚u lze mˇenit jejich aktuáln´ı stav, u senzor˚u lze aktuáln´ı stav pouze sledovat. V obou pˇr´ıpadech lze zobrazit intern´ı nastaven´ı kaˇzdého zaˇr´ızen´ı, pomoc´ı tlaˇc´ıtka na pravé stranˇe. V pˇr´ıpadˇe, ˇze ˇzádná zaˇr´ızen´ı neexistuj´ı, je uˇzivatel upozornˇen.

Tlaˇc´ıtko na prav´e stranˇe

”i“, tedy znaˇc´ı zobrazen´ı podrobnost´ı vybrané komponenty. Dále v horn´ı liˇstˇe vid´ıme zatoˇcenou ˇsipku, která znaˇc´ı ruˇcn´ı aktualizaci vˇsech zaˇr´ızen´ı. Posledn´ım prvkem horn´ıho menu jsou tˇri teˇcky, takzvané

”Hambur- ger Menu“, kter´e sloˇz´ı pro otevˇren´ı nastaven´ı aplikace.

(43)

6.2.2 Podrobnosti vybran´ e komponenty

Obr´azek 6.3: Detailn´ı pˇrehled nastaven´ı komponenty

Zobrazen´ı podrobnost´ı o vybrané komponentˇe ukazuje vˇsechny dostupné údaje, které má aplikace k dispozici. Bˇeˇznˇe se tak jedná o typ zaˇr´ızen´ı (senzor, sp´ınaˇc), název zaˇr´ızen´ı (omezeno na 30 znak˚u), ˇc´ıslo pinu, na kterém je zaˇr´ızen´ı pˇripojen´ı, a stav zaˇr´ızen´ı (zapnuto, vypnuto). Pokud se jedná o senzor, je zde vyobrazen i typ vy- braného senzoru (sp´ınac´ı, rozp´ınac´ı).

Vrátit se lze tlaˇc´ıtkem zpˇet, které má kaˇzdý mobiln´ı telefon se systémem Android implementované (at’ jiˇz softwarovˇe nebo hardwarovˇe).

Seznam vˇsech podrobnost´ı komponenty:

• Typ (senzor, sp´ınaˇc)

• N´azev (maxim´alnˇe 30 znak˚u)

• Pin (ˇc´ıslo pinu, na kter´em je zaˇr´ızen´ı pˇripojeno)

• Stav (zapnuto, vypnuto)

• Typ senzoru (sp´ınac´ı, rozp´ınac´ı)

(44)

6.3 Kompatibilita

Aplikace byla testována na mobiln´ım telefonu Samsung Galaxy S3 s operaˇcn´ım systém Android 4.0 Ice Cream Sandwich a Android 4.3 Jelly Bean a také na telefonu Sony Xperia Z1 s operaˇcn´ım systémem Android 5.1.1 Lollipop. Pro tyto verze systém˚u byla také optimalizována. Nicménˇe c´ılová verze systému Android 4.0 Ice Cream Sandwich by mˇela zajiˇst’ovat zpˇetnou kompatibilitu aˇz do nejnovˇejˇs´ıch verz´ı systému (v dobˇe vydán´ı Android 8.1 Oreo).

Seznam vˇsech testovan´ych verz´ı syst´emu Android:

• API 14: Android 4.0 (Ice Cream Sandwich)

• API 16: Android 4.1 (Jelly Bean)

• API 21: Android 5.0 (Lollipop)

Seznam vˇsech podporovan´ych verz´ı syst´emu Android:

• API 14: Android 4.0 (Ice Cream Sandwich)

• API 15: Android 4.0.3 (Ice Cream Sandwich)

• API 19: Android 4.4 (KitKat)

• API 23: Android 6.0 (Marshmallow)

• API 24: Android 7.0 (Nougat)

• API 25: Android 7.1.1 (Nougat)

• API 26: Android 8.0 (Oreo)

• API 27: Android 8.1 (Oreo)

(45)

7 Webov´ a aplikace

Posledn´ı fáze diplomové práce bylo vytvoˇren´ı webového prostˇred´ı pro monitoring domác´ıho systému. Webová aplikace, ˇcerpaj´ıc´ı data z komunikaˇcn´ıho serveru byla otestována a zprovoznˇena. Webovou aplikaci ˇcekaj´ı fináln´ı grafické úpravy, které budou k nalezen´ı na pˇriloˇzeném CD.

Aplikace je napojena a byla vyv´ıjena spolu s komunikaˇcn´ım serverem. Slouˇz´ı jako jedna z moˇznost´ı zobrazen´ı historie komunikace. Otevˇren´ı aplikace je moˇzn´e na adrese IP serveru.

(46)

8 Komunikaˇ cn´ı server

K zajiˇstˇen´ı komunikace mezi ˇr´ıd´ıc´ı jednotkou a mobiln´ı aplikac´ı fungovala, musel být napsán komunikaˇcn´ı server, který má pevnou adresu v s´ıti. Server na dané IP adrese a portu, zajiˇst’uje komunikaci vˇsech existuj´ıc´ıch ˇr´ıd´ıc´ıch jednotek a mobiln´ıch aplikac´ı. D´ıky tomuto spojen´ı si ukládá pˇrenáˇsená data, která jsou následnˇe pouˇz´ıvána k zobrazen´ı statistik ve webové aplikaci. Server teoreticky umoˇzˇnuje pˇripojen´ı libo- volného poˇctu mobiln´ıch aplikac´ı k jedné ˇr´ıd´ıc´ı jednotce naráz.

8.1 Slep´ e cesty v´ yvoje

8.1.1 Pˇ r´ım´ a komunikace mezi zaˇ r´ızen´ımi

Prvn´ım vyv´ıjeným ˇreˇsen´ım bylo propojen´ı ˇr´ıd´ıc´ı jednotky a aplikac´ı bez komu- nikaˇcn´ıho serveru. Po p˚ul roce výzkumu byla tato varianta zavrhnuta, protoˇze veˇrejné IP adresy v mobiln´ı datové s´ıt´ı jsou dynamické (vˇcetnˇe IPv6). Bez pevného bodu v internetu, nebylo moˇzné urˇcit adresu ostatn´ıch zaˇr´ızen´ı.

8.1.2 Implementace serveru v ˇ r´ıd´ıc´ı jednotce

Druhým vyv´ıjeným ˇreˇsen´ım bylo vytvoˇren´ı komunikaˇcn´ıho serveru pˇr´ımo v ˇr´ıd´ıc´ı jednotce. Po ˇcase bylo odhaleno, ˇze pˇridán´ı dalˇs´ı zátˇeˇze jednoˇcipovému poˇc´ıtaˇci, mˇelo za následek nestabilitu celého systému. ˇR´ıd´ıc´ı jednotka nest´ıhala obsluhovat vˇsechny poˇzadavky najednou (jak hardwarové, tak softwarové) a s rostouc´ı komunikac´ı zaˇcala m´ıt nedostatek pamˇeti. Stejnˇe tak jako pˇredchoz´ı ˇreˇsen´ı, i tato varianta byla po p˚ul roce výzkumu zavrˇzena.

8.2 Blokov´ e sch´ ema

(47)

Socket Server Role Assigner

Communication Logic Logger

Logic Communication

Parser

Console File

Obrázek 8.1: Blokové schéma objektového návrhu komunikaˇcn´ıho serveru

8.2.1 Communication

Tento blok obsahuje vlákno Socket Server, které poslouchá na portu 6666 a navazuje komunikaci pˇres technologii Socket. Server udrˇzuje vˇsechna spojen´ı aktivn´ı a stará se o produkci vˇsech zpráv ke vˇsem c´ıl˚um. Pokud je nˇekteré spojen´ı pˇreruˇseno, zajist´ı informován´ı vˇsech ostatn´ıch uˇzivatel˚u a uvoln´ı zdroje.

Role Assigner se stará o oddˇelen´ı neidentifikovaných klient˚u od tˇech identifiko- vaných. Takovýý klient se vyznaˇcuje t´ım, ˇze provedl autorizaci jako ˇr´ıd´ıc´ı jednotka, nebo mobiln´ı aplikace. Dále se vyznaˇcuje t´ım, ˇze je mu umoˇznˇeno komunikovat s ostatn´ımi protˇejˇsky, tedy ˇr´ıd´ıc´ı jednotka m˚uˇze kontaktovat vˇsechny mobiln´ı aplikace, a vˇsechny mobiln´ı aplikace mohou kontaktovat vˇsechny ˇr´ıd´ıc´ı jednotky. Dokud nen´ı klient identifikovaný, nen´ı mu umoˇznˇeno komunikovat s nikým jiným, neˇz s komunikaˇcn´ım serverem.

8.2.2 Logic

Blok Logic je hlavn´ı vlákno, které ˇr´ıd´ı tok komunikace identifikovaných klient˚u.

Protékaj´ıc´ı data zpracovává a uchovává k zobrazen´ı ve webové aplikaci. Dále se stará o tisk komunikace na zvolených výstupech z bloku Logger.

8.2.3 Logger

Logger slouˇz´ı k výpisu ˇci logován´ı prob´ıhaj´ıc´ı komunikace a dalˇs´ıch moˇzných informac´ı. Aktuálnˇe je moˇzné výpis provádˇet do konzole, která je ideáln´ı pro ladˇen´ı uˇzivatelem, pˇr´ıpadnˇe je moˇzný výpis do souboru, kde slouˇz´ı pro zpˇetné dohledáván´ı chyb.

(48)

8.3 Zprovoznˇ en´ı

Pro správnou funkcionalitu komunikaˇcn´ıho serveru, je nutné server provozovat na veˇrejné IP adrese, s pˇresmˇerován´ım portu 6666 na lokáln´ı adresu serveru v intern´ı s´ıti.

8.4 Konzolov´ y v´ ystup

Pro lepˇs´ı vývoj a testován´ı byl vytvoˇren konzolový náhled na komunikaci serveru, kde jsou ˇcasovˇe a barevnˇe odliˇseny r˚uzné operace.

Obr´azek 8.2: Konzolov´e okno komunikaˇcn´ıho server

V´yznamy barev v serverov´em logu:

• Zelen´a - Zaˇr´ızen´ı pˇripojeno

• ˇZlut´a - Zaˇr´ızen´ı identifikov´ano (ˇr´ıd´ıc´ı jednotka, nebo mobiln´ı aplikace)

• ˇCerven´a - Zaˇr´ızen´ı odpojeno

• ˇSediv´a - Bˇeˇzn´a komunikace

8.5 Testovac´ı klient

Testovac´ı klient vznik za úˇcelem testován´ı serverové ˇcásti, bez nutnosti komunikace reálných zaˇr´ızen´ı nad reálnými daty. Klient umoˇzˇnuje výbˇer z nˇekolika reˇzim˚u, kde kaˇzdý umoˇzˇnuje simulovat nˇeco jiného. Po výbˇeru jednoho z reˇzim˚u, se testovac´ı

(49)

klient pˇripoj´ı na komunikaˇcn´ı server pod zvoleným nastaven´ım. Poté lze napˇr´ıklad zas´ılat testovac´ı ˇretˇezce se seznamem komponent, odpov´ıdat na API dotazy a po- dobné.

Seznam vˇsech reˇzim˚u testovac´ıho klienta:

• Simulace mobiln´ı aplikace

• Simulace mobiln´ı aplikace (READ ONLY)

• Simulace mobiln´ı aplikace (WRITE ONLY)

• Simulace ˇr´ıd´ıc´ı jednotky

• Simulace ˇr´ıd´ıc´ı jednotky (READ ONLY)

• Simulace ˇr´ıd´ıc´ı jednotky (WRITE ONLY)

Obr´azek 8.3: Konzolov´e okno testovac´ıho klienta