ADKI: un sistema web de adquisición de datos bajo Linux

ADKI: UN SISTEMA WEB DE ADQUISICIÓN DE DATOS BAJO LINUX Ped o Ju ado Maqueda, Jo ge Juan Chico 1 , Paulino Ruiz de Cla ijo Vázquez 1 Manuel J. Bellido Díaz 1 , Alejand o Millán Calde ón 1 Da id Gue e o Ma os 1 , En ique Os ua A angüena Depa amen o de Tecnología Elec ónica. Uni e sidad de Se illa. E.T.S. Ingenie ía In o má ica. A . Reina Me cedes s/n. 41012 Se illa. España. Tl : +34 - 954 55 61 61. Fax: +34 - 954 55 27 64 1 También con el Ins i u o de Mic oelec ónica de Se illa Cen o Nacional de Mic oelec ónica -CNM-CSIC- España [email protected] g, {jjchico,paulino,bellido,amillan,gue e,os ua}@d e.us.es Resumen Es a con ibución p esen a una aplicación gené ica de adquisición de da os y con ol pa a sis emas simples que inco po a el egis o his ó ico de la ac i idad del sis ema y la capacidad de consul a y ges ión de la aplicación de o ma emo a ía web. Las ca ac e ís icas del sis ema lo hacen idóneo pa a su aplicación en el con ol de g anjas o la ges ión de pequeños edicios: iluminación, cale acción, en ilación, e c. La aplicación ha sido desa ollada ín eg amen e median e so wa e lib e en el ma co de un p oyec o n de ca e a de la i ulación de Ingenie ía Técnica en In o má ica de Sis emas de la Uni e sidad de Se illa, mos ando la idoneidad de es e ipo de pla a o ma an o en en el ámbi o indus ial como académico. 1. INTRODUCCIÓN Desde hace iempo, el o denado es un elemen o cla e en muchos sis emas de con ol. La g an en aja del uso del o denado se de i an de sus ca ac e ís icas como sis ema de p opósi o gene al que puede se p og amado pa a ealiza la a ea de con ol eque ida pe o que además, puede lle a a cabo mul i ud de a eas complemen a ias como el egis o de la ac i idad y la gene ación de in o mes e his ó icos que pe mi en, en e o as cosas, el es udio de la ope ación del sis ema, op imización, co ección de e o es, e c. La acilidad de uso de los sis emas in o má icos ac uales o ece ambién a ac i as opciones como la posibilidad de adap ación del sis ema a nue as necesidades de o ma ápida. Po o a pa e, el ex ao dina io desa ollo de las edes de o denado es y en especial el de In e ne pe mi e inco po a a los sis emas de con ol basados en o denado capacidades adicionales y de g an u ilidad como la moni o ización y ges ión emo a del sis ema, basada en la conexión a a és de la ed al o denado enca gado del con ol. 1 De es e modo, las posibilidades del o denado hacen posible imagina y lle a a la p ác ica sis emas de con ol con ca ac e ís icas inimaginables hace pocos años. Los ela- i amen e bajos cos es de los sis emas in o má icos ac uales hacen que es as capacidades es én, además, al alcance de pequeñas y medianas emp esas e incluso de usua ios pa i- cula es. Uno de los aspec os undamen ales que mo i a es e abajo es mos a que en la ac- ualidad es posible la implemen ación de un sis ema de con ol basado en o denado con ca ac e ís icas a anzadas como las desc i as an e io men e: egis o de ac i idad, moni o- ización y congu ación emo a, e c. con cos es bajos y asequibles. La cla e en cuan o a la educción de cos es se basa, po una pa e, en los p ecios de los sis emas in o má icos ac uales y en el uso de so wa e lib e [1], que puede se adqui ido po un cos e ma ginal. Es e ipo de so wa e, el so wa e lib e, ha su ido un espec acula desa ollo en los úl i- mos años, p opo cionando hoy en día un amplio conjun o de he amien as y aplicaciones de al a calidad: sis emas ope a i os, se ido es de In e ne , bases de da os y, en gene al, odos los componen es necesa ios pa a la ealización de un sis ema de con ol basado en o denado . El sis ema desc i o en es a con ibución es ela i amen e sencillo pe o sucien e pa a un buen núme o de aplicaciones de con ol que no p ecisen de una espues a en iempo eal. El sis ema, po una pa e, ecoge da os a a és de un in e az de adquisición de da os y pe mi e acciona di e sos ac uado es en unción de los da os de en ada. El signicado de las señales de en ada así como de las eglas de ac uación son comple amen e congu ables, lo que pe mi e la adap ación del sis ema a múl iples aplicaciones p ác icas como el con ol de g anjas, sis emas de iego, iluminación, cale acción, ges ión de pequeños edicios, e c. Uno de los aspec os más in e esan es del sis ema es que pe mi e la consul a de da os y acceso a las eglas de con ol median e una in e az web, lo que pe mi e el acceso desde cualquie luga con acceso a In e ne que disponga de un na egado web es ánda . Es impo an e des aca que el abajo p esen ado se desa olló como ema de P o- yec o Fin de Ca e a pa a la ob ención del í ulo de Ingenie o Técnico en In o má ica de Sis emas de la Uni e sidad de Se illa du an e el cu so 2001/02 ob eniendo la máxima calicación. Es e hecho mues a las posibilidades del so wa e lib e y de las pla a o mas abie as pa a se usadas en el ámbi o docen e pa a el desa ollo de p oyec os aplicados. La madu ez alcanzada po es as pla a o mas pe mi e, po una pa e, la o mación de los alumnos en p oyec os ecnológicos y, po o a pa e, la ob ención de esul ados ex apo- lables al sec o p oduc i o, como los que se p esen an en es a con ibución. El es o de es a con ibución se o ganiza como sigue: en el siguien e apa ado se p e- sen a una desc ipción gene al del sis ema, su a qui ec u a e implemen ación. En el e ce apa ado se desc ibe el uso y congu ación del sis ema. En el cua o apa ado se esbozan algunas de las aplicaciones del sis ema desa ollado. Finalmen e se esumen las conclusio- nes más ele an es. 2. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA 2.1. Requisi os uncionales Los equisi os uncionales del sis ema pueden esumi se en los siguien es pun os: El sis ema debe adqui i da os desde las en adas analógicas de una a je a de ad- quisición de da os. Es os da os pueden se almacenados y pod án oma se decisiones de con ol en unción del alo de los mismos. 2 El in e alo con el que se moni o izan y se almacenan los da os de en ada debe se congu able. Los da os adqui idos po el sis ema deben pode ans o ma se median e ope aciones sencillas an es de se almacenados con obje o de con e i los a alo es con un signicado ísico ú il. Un sis ema de ac i ación/desac i ación ac ua á sob e las salidas digi ales de la a - je a de adquisición de da os en unción de unas eglas p og amables y dependien es de los alo es de las señales de en ada. El sis ema debe se independien e del ha dwa e de adquisición de da os conc e o. El sis ema se á accesible emo amen e median e una in e az web pudiendo usa se pa a ello cualquie na egado web con encional. El acceso web debe pe mi i la lec u a cómoda del his ó ico de da os almacenados, así como la congu ación gene al del sis ema en sí y de las eglas de con ol. El acceso al sis ema dispond á de un mecanismo de con ol median e nomb e de usua io y con aseña. Con el n de cumpli los obje i os gene ales mencionados en la In oducción, el sis ema debe se implemen ado en su o alidad empleando so wa e lib e. 2.2. A qui ec u a del sis ema El sis ema desa ollado ha sido denominado ADKI. La a qui ec u a gene al del sis ema ADKI se mues a en la gu a 1. El sis ema se puede di idi en dos pa es bien di e enciadas: Una se ía un p og ama bina io que ejecu ado en o ma de demonio se enca ga de lee las congu aciones que desc iben las en adas y salidas u ilizadas así como su elación en e ellos pa a que dependiendo de los alo es de en ada, se ac i e o desac i e las salidas. Además se enca ga de in oduci las medidas omadas po las en adas en la base de da os ( as se a adas po una ó mula ma emá ica pa a ajus a la a una medida eal) así como el in e alo de iempo en e cada medida. Po la o a pa e es a ía la aplicación web que pe mi i ía consul a las medidas oma- das po la aplicación, di e enciando además median e au en icación po con aseña el ipo de consul as que puede hace el usua io, llegando incluso el caso de que si iene sucien es pe misos, pueda cambia emo amen e los a chi os de congu ación pa a un mejo ajus e. 2.3. Implemen ación La gu a 2 mues a en de alle los componen es que o man la implemen ación del sis ema. Es os componen es se desc iben a con inuación: Una a je a de adquisición de da os compa ible con Comedi [2] y con al menos 16 en adas analógicas. D i e s Comedi: Es un paque e so wa e desa ollado en la Uni e sidad de Cali o nia en Be keley que nos si e pa a con ola , lee y esc ibi da os con una a je a de adquisición bajo Linux g acias a que in eg a una can idad eno me de con olado es pa a un g an núme o de a je as de adquisición de da os pa a Linux, y que en 3 Figu a 1: Diag ama de bloques gene al de ADKI. la ac ualidad eune d i e s pa a más de 250 a je as de ab ican es como Na ional Ins umen s, Ad an ech, Adlink y o os. Además p opo cionan un esquele o pa a que los usua ios puedan esc ibi sus p opios con olado es con compa ibilidad comple a con el p opio Comedi. Y po el o o lado enemos Lib e ías Comedi: las lib e ías Comedi, que se enca gan de p opo ciona nos un pa- que e bas an e ex enso de unciones en C pa a el con ol, lec u a y esc i u a de da os de las a je as de adquisición, abs ayéndonos así del modelo en pa icula . Así, al u iliza lo, nos asegu amos de que la aplicación que u iliza esas unciones, debe ía unciona sin p oblemas en una a je a de o o modelo e incluso dis in o ab ican es, siemp e que es é sopo ado po Comedi, y u ilicemos sus con olado es pa a ins ala la. Como odo lo an e io es so wa e lib e. P og ama ADKI: El co azón de odo el sis ema y se enca ga de odo el manejo de la p opia a je a y de los da os, según lo indicado en los a chi os de congu ación adki.con y adki_ou .con . Po mo i os de eciencia, es á p og amado en C y emplea 4 Figu a 2: Diag ama de bloques de la implemen ación ealizada de ADKI. el sis ema de empo izado es p opio de UNIX [3] pa a la ealiza las a eas de moni o ización y oma de da os. MySQL [4]: Es un sis ema ges o de base de da os o almen e compa ible con el lenguaje SQL y ambién como odo lo an e io , so wa e lib e. En e sus en ajas es án la inclusión de unas lib e ías p opias pa a el lenguaje C, y la g an apidez de inse ción y búsqueda de da os en las bases de da os con un cos o de ecu sos ha d- wa e mínima. Po el con a io iene el incon enien e de que el bloqueo y desbloqueo de ablas pa a el acceso concu en e en esc i u a no es á muy bien implemen ado, aunque en nues o caso, es o no iene mucha ele ancia, al habe sólo una conexión ac i a que al e e la base de da os, y que se á el p og ama ADKI. Es e incon enien e no a ec a a la posibilidad de ealiza di e sas consul as simul áneas desde a ios clien es WEB. Aplicación PHP: Se enca ga de gene a las in e aces median e PHP que es un lenguaje de al o ni el pa a p og amación de páginas web dinámicas (de c eación en el mismo momen o de la consul a). Su sin axis es muy pa ecida al C, y su inclusión 5 en el código HTML na i o es muy ácil de hace [5, 6]. La elección de es e lenguaje se debe a las siguien es azones: • G an in e acción con o os lenguajes, incluso con unciones p opias pa a su manejo, al con a io de, po ejemplo Pe l. • Todas las acciones se ealizan en el se ido , con lo cual el clien e no se e sob eca gado de abajo ni comp ome e su p opia segu idad al ejecu a código ex año que no se e di ec amen e. • To almen e lib e y no dependien e de la pla a o ma (al con a io que ASP). Apache [7]: Se ido web ápido, segu o y lib e, líde en su campo y que se in eg a pe ec amen e con PHP y MySQL. 2.4. He amien as y en o no de desa ollo El p oyec o se ha desa ollado sob e pla a o ma IBM-PC con sis ema ope a i o GNU/Linux [8, 9]. Aunque no se han hecho p uebas, el sis ema debe ía unciona sin cambios sob e cualquie o a a qui ec u a sopo ada po GNU/Linux siemp e que el sis ema de adqui- sición de da os es é sopo ado po Comedi en esa a qui ec u a. Pa a el desa ollo del p oyec o se han empleado dos de las dis ibuciones GNU/Linux más popula es del momen o como son Debian [10] y Red Ha [11], ambos con núcleos del sis ema ope a i o pe sonalizados de la se ie 2.4.x. Las he amien as u ilizadas pa a el desa ollo han sido las siguien es, siendo odas so wa e lib e: KDe elop [12]: Sin duda el IDE lib e pa a Linux po excelencia, in eg ado en el sis ema de esc i o io de KDE, nos pe mi e ealiza p oyec os en lenguajes como C, C++ y Objec i e-C , además de que en la nue a e sión a publica , se añadi án o os como Ja a e incluso PHP, aunque sólo si es á compilado como cgi-bin. Además de ene esal ado de sin axis, depu ación, azas y p ác icamen e odo lo que se le pueda pedi a un in e az de p og amación. Pa a la edición del código PHP se ha empleado el p og ama Vim ( i imp o ed ) un clónico mejo ado del Vi con esal ado de sin axis que acili a la localización de e o es simples como el cie e de comillas o el empa ejamien o de co che es. También se a a de so wa e lib e. En la pa e de MySQL se ha empleado el p opio moni o de sis ema de la aplica- ción. Aunque la aplicación se enca ga de c ea la base de da os y odas las ablas, además de in oduci los da os au omá icamen e sin in e ención alguna de usua io o adminis ado , el moni o se u ilizó pa a comp oba y co egi la sin axis de los comandos in oducidos po el p og ama así como la co ec a c eación de las ablas y de la in oducción de da os. Pa a el análisis léxico y sin ác ico de los a chi os de congu ación se han empleado las he amien as ex y bison espec i amen e, ambas pe enecien es al p oyec o GNU. Es os dos p og amas son los he ede os de los o iginales lex y yacc , p esen es en la mayo ía de los sis emas UNIX, mejo ándolos en di e sos aspec os. 6 Figu a 3: Ejemplo de a chi o adki.con . Figu a 4: Ejemplo de a chi o adki_ou .con . Como ya hemos comen ado, el se ido web que se ha u ilizado es el popula Apache, po su al a in eg ación con MySQL y PHP, que iene de se ie con el p opio paque e bina io del se ido , sin ene que ecompila lo, con el consiguien e aho o de iempo y es ue zo. 3. USO DEL SISTEMA 3.1. Moni o de adquisición de da os El p og ama de congu ación se maneja median e dos a chi os de ex o simple, uno de congu ación gene al adki.con y o o que con ola la ac i ación/desac i ación de salidas digi ales llamado adki_ou .con . Viendo el ejemplo del a chi o adki.con (gu a 3) obse amos que hay cinco campos: #canal indica a qué canal ísico nos es amos e iendo. nomb e es un iden icado del canal. unidad , nos da á la unidad en la que se mide ese canal. ó mula dene la ó mula a aplica al da o en ol ios pa a ob ene el da o nal. ac ualización es el iempo que anscu i á en e dos inse ciones de da os en la abla co espondien e al canal. Po o o lado, el a chi o adki_ou .con iene el esquema que se mues a en la gu a 4. Como podemos e , se a a de unas compa aciones de las medidas que se ecogen en las en adas analógicas, que si se cumplen ejecu an la acción que se indica al nal de la línea, pudiendo se la ac i ación ( ac i e ) o desac i ación ( deac i e ) de cualquie salida digi al, indicando ese núme o el canal ísico. 7 Figu a 5: In e az web. Acceso de usua io de ni el 3. Figu a 6: In e az web. Acceso de usua io de ni el 2. 3.2. Aplicación web El in e az web sólo puede se accedido as da un nomb e de usua io y con aseña. Según el ni el de usua io se nos pe mi e hace las siguien es acciones: Ni el 3: Como se puede comp oba en la gu a 5, an sólo se pe mi e comp oba la úl ima medida ealizada, sin más opciones. Ni el 2: En la gu a 6, se puede e que, además de lo incluido en el ni el 3, ambién se pe mi e accede al his ó ico median e el bo ón que es á jus o debajo de las úl imas medidas ealizadas. Es o nos lle a ía a o o menú en el que pod íamos elegi el in e alo de iempo a examina . Ni el 1: Se puede ap ecia en la gu a 7 que, además de lo incluido en el ni el 2, ambién se pe mi e ges iona los usua ios añadiendo los nue os que sean necesa ios y bo a los que no sean ya ú iles; así como cambia los pe misos a los usua ios ya 8 Figu a 7: In e az web. Acceso de usua io de ni el 1. exis en es (excep o cambios al ni el 0). Pa a ello pulsa emos el bo ón Ges iona usua ios. Ni el 0: Po úl imo, en la gu a 8, se mues a el menú pa a los usua ios de ni el 0, en el que se pe mi e odo lo dicho en el ni el 1 así como cambia el usua io al ni el 0, y ambién edi a los a chi os de congu ación de la aplicación emo amen e. Pa a cada a chi o exis e una in e az de edición que se co esponde con cada uno de los dos nue os bo ones que apa ecen en es e ni el. 4. APLICACIONES Las aplicaciones p ác icas del sis ema desa ollado son muchas, an o en el ámbi o indus- ial como cien íco. La cons ucción de aplicaciones conc e as pasa ía po la ins alación del sis ema desa ollado jun o con los disposi i os conc e os de ansducción y ac uación adecuados pa a la aplicación deseada. La calib ación del sis ema se pod ía ealiza á- cilmen e a pa i de las medidas omadas en iempo eal y median e la adap ación de los che os de congu ación ( ó mulas y eglas de ac uación) a la lógica p opia de la aplicación. En el ma co del P oyec o Fin de Ca e a en que se ha desa ollado el sis ema, se han ealizado p uebas de uncionamien o basadas en la oma de da os de elemen os ansduc o- es simples: po encióme os, células o oeléc icas, e c, y se han implemen ado algo i mos de ac uación median e el lenguaje de eglas p opio de la aplicación. Ob eniendo esul a- dos a o ables en odos los casos, an o en la lec u a en iempo eal de la in o mación de en ada como en el almacenamien o de his ó icos y cumplimien o de las eglas de ac uación. Aunque conside amos que los de alles de implemen aciones conc e as del sis ema que- dan ue a del ámbi o de es e abajo, a con inuación desc ibimos algunas de sus posibles aplicaciones: 9