Módulo de simulación de un ascensor

Descarga del código

Indice

• Forma de integrar el código del simulador
• Forma de integrar el código del simulador gráfico
• Parámetros del sistema
• Comandos de las botoneras
• Funciones disponibles
• Actuación sobre el sistema
• void main_ascensor ();
• void cmd_motor  (int dirección, int velocidad);
• int cmd_puerta (int comando);
• int activa_encoder (pthread_t *th, int signal);
• int activa_botonera  (pthread_t *th, int signal);
• Consulta del estado del sistema
• double lee_altura ();
• int lee_codificador ();
• int lee_planta ();
• int lee_sensor_bajo ();
• int lee_sensor_alto ();
• int lee_estado_puerta ();
• int lee_celula();
• int lee_botint ();
• int lee_botext ();
• Manipulación de timeval
• void suma_timeval(struct timeval *tv, double dt);
• double resta_timeval(struct timeval *t1, struct timeval *t2);
• void genera_timeval(struct timeval *tv, double dt);

Forma de integrar el código del simulador de texto

• Declarar en nuestro código las funciones del simulador añadiendo la línea de declaración:
#include "simusor.h"
• En nuestra función main hay que poner en marcha la simulación del ascensor invocando la función main_ascensor():
int main()
{
  main_ascensor();
  ... continua nuestro programa...
}
• Al compilador el programa hay que añadir el módulo simusor.c y las librerías libm.a y libpthread.a. La opción -Wall hace que el compilador sea más estricto a la hora de verificar posibles errores en nuestro programa por lo que puede dar una lista más larga de warnings (avisos). Es conveniente verificar la razón por la que da cada aviso ya que aunque no sea un error de compilación puede indicar que el código no se va a comportar como inicialmente pensábamos.
$ cc main.c simusor.c-lm -lpthread -Wall

Forma de integrar el código del simulador gráfico

• Descomprimir el código de simulador gráfico ejecutando:
$ tar xvfz simusor.tgz
ascensor/
ascensor/ascensor.glade
ascensor/pixmaps/
ascensor/pixmaps/lock.xpm
... etc ...
• Cambiarnos al directorio ascensor recien creado y ejecutar el comando:
$ ./autogen.sh
• Si el comando termina con algún mensaje de error debemos revisar nuestra instalación del Linux con el programa "kpackage" desde los CD-ROMs del RedHat 7.2. Tenemos que tener instalado los paquetes gtk+-devel, gnome-core-devel,  y gnome-libs-devel. Lo más probable es que todos estos paquetes ya estén instalados automáticamente.
• Cambiarnos al directorio src detro del directorio ascensor y copiar aquí nuestro fichero main.c (sobreescribiendo el que viene de ejemplo).
• Compilar con el comando make. No es posible compilarlo directamente con el comando cc ya que incorpora numerosos ficheros y librerías.
• El ejecutable queda con el nombre ascensor. Hay que ejecutarlo desde este mismo directorio para que encuentre los iconos del programa.

Parámetros del sistema

VELOCIDAD: Velocidad máxima en m/s  (1,0 m/s).

TIME_STEP: Paso de tiempo de la simulación del ascensor en seg  (0,100 s).

N_PISOS: Numero de plantas  (10).

H_PISO: Altura de cada planta en metros  (3,0 m).

H_INI: Altura de la planta baja en metros  (0 m).

H_FIN: Altura de la ultima planta en metros  (H_INI+N_PISOS*H_PISO).

H_MIN: Limite inferior del recorrido del ascensor en metros  (H_INI-0,5 m).

H_MAX: Limite superior del recorrido del ascensor en metros  (H_FIN+0,5 m).

TOLERANCIA_SENSOR: Radio alrededor de la planta en que el sensor de planta está activado  (0,1 m).

RETRASO_PUERTA: Tiempo que tarda la puerta en abrirse o en cerrarse completamente.  (2 s).

H_FRENADA: Distancia a recorrer a velocidad lenta tras dejar una planta y antes de llegar a la de destino en metros  (0,3 m).

Comandos de las botoneras

• i<n> <ENTER>: Donde <n> es el número de una planta. Equivale a pulsar un boton del interior.
• e<n> <ENTER>: Donde <n> es el número de una planta. Equivale a pulsar un boton del exterior.
• o<ENTER>: Pone un obstáculo en medio de la puerta.
• no<ENTER>: Quita el obstáculo de la puerta.

Funciones disponibles

Actuación sobre el sistema

• void main_ascensor ();

Esta función inicializa las estructuras de control del ascensor y lanza los threads que simulan las distintas partes. Es necesario llamarla antes de comenzar a interaccionar con el ascensor mediante cualquier otra función.
 
• void cmd_motor (int dirección, int velocidad);

Esta función cambia el estado del motor del ascensor. Los argumentos son la dirección y velocidad del movimiento. Ambos argumentos pueden especificarse usando los siguientes símbolos definidos en simusor.h:
Dirección:
CMDMOTOR_ARRIBA
CMDMOTOR_STOP
CMDMOTOR_ABAJO
Velocidad:
VMOTOR_STOP
VMOTOR_LENTO
VMOTOR_RAPIDO
El motor permanece parado tanto si se especifica CMDMOTOR_STOP como si se pone la velocidad a VMOTOR_STOP. La velocidad rápida corresponde a la constante predefinida VELOCIDAD, mientras que la velocidad lenta es la mitad de dicha constante.
El tiempo de respuesta del sistema es aparentemente instantáneo, aunque los detalles de implementación resultan en retardos más o menos aleatorios del orden de centésimas de segundo que introducen una imprecisión que equivale a las variaciones en el tiempo de frenada del sistema debidas a las condiciones en cada momento (peso transportado, etc).
Si dejamos el ascensor en movimiento hasta que llegue al final del recorrido en cualquiera de los dos sentidos, el motor hará una parada automática en el límite especificado activando el sensor de fin de carrera correspondiente. Estos sensores no mandan ninguna interrupción, por lo que se han de consultar mediante las funciones correspondientes.
El ascensor dispone de un codificador que genera un pulso por milímetro de recorrido. El contador de pulsos suma los pulsos tanto en la subida como en la bajada acumulando hasta 3000 pulsos en cada planta recorrida. El contador se resetea cada vez que pasa por una planta. Dicho codificador está programado para enviar una interrupción a nuestro sistema cuando rebasa los 2700 pulsos.
En la simulación, la interrupción la envía en forma de signal al thread que nosotros indiquemos (ver la función activa_encoder() ).
 
• int cmd_puerta (int comando);

Esta función manipula la puerta del ascensor. Dicha puerta solo puede abrirse cuando el motor está parado y la cabina detenida en una planta (se permite un error en la parada correspondiente a la tolerancia del sensor de planta). Cuando se alcanza la planta, el mecanismo de la puerta queda desbloqueado y puede manipularse con esta rutina.
Si se usa como argumento la constante CMDPUERTA_ABRIR, comienza la apertura de la puerta hasta que lo esté del todo.
El argumento CMDPUERTA_CERRAR comienza a cerrar la puerta hasta que cierre del todo. Si encuentra un obstáculo, el mecanismo intenta seguir con el cierre. El software de control es responsable de parar el proceso de cerrado examinando el sensor fotoeléctrico y dando de nuevo el comando de apertura.
El motor no acepta nuevos comandos hasta que la puerta esté totalmente cerrada.
 
• int activa_encoder (pthread_t *th, int signal);

Esta función programa el encoder para que envíe el signal indicado al thread cuya estructura de control se referencia cada vez que se sobrepase el límite de 2700 pulsos en el contador.
Esta función solo se ha de llamar una vez después de la inicialización del simulador (después de llamar a main_ascensor) cuando ya tengamos creado el thread que se va a encargar de procesar el signal correspondiente.
int main()
{
  pthread_t th;
  main_ascensor();
  /* Creamos thread de control */
  pthread_create(&th, NULL, rutina_control, NULL);
  /* Indicamos al encoder qué signal usar con nuestro thread */
  activa_encoder(&th, SIGUSR1);
  ... continua nuestro programa...
}

No hay ningún signal asignado por defecto. Se puede elegir libremente dentro de los signals que pueden ser usados por los usuarios (ver sección de signals).
El thread que va a recibir el signal debe programar una rutina de atención al mismo usando la llamada signal() en el código de la función del thread:
signal(SIGUSR1, rutina_de_atención);

 
• int activa_botonera (pthread_t *th, int signal);

Es función es similar a activa_encoder. Programa qué signal se tiene que enviar a qué thread cuando se pulse un nuevo botón en la botonera. Se usa un solo signal para avisar de cambios tanto en la botonera interna como en la externa. Solo se avisa cuando se pulsa un botón por primera vez. No se avisa ni cuando se apaga el botón ni cuando se pulsa uno ya activado (ver comportamiento de las botoneras interna y externa).
Al igual que antes, esta función solo se ha de llamar una vez después de la inicialización del simulador (después de llamar a main_ascensor) cuando ya tengamos creado el thread que se va a encargar de procesar el signal correspondiente.
int main()
{
  pthread_t th;
  main_ascensor();
  /* Creamos thread de control */
  pthread_create(&th, NULL, rutina_control, NULL);
  /* Indicamos al encoder qué signal usar con nuestro thread */
  activa_encoder(&th, SIGUSR1);
  ... continua nuestro programa...
}

No hay ningún signal asignado por defecto. Se puede elegir libremente dentro de los signals que pueden ser usados por los usuarios (ver sección de signals).
El thread que va a recibir el signal debe programar una rutina de atención al mismo usando la llamada signal() en el código de la función del thread:

signal(SIGUSR1, rutina_de_atención);

Consulta del estado del sistema

• double lee_altura ();

Esta función retorna la altura en metros en el instante en que se llama de la cabina del ascensor dentro del hueco como un número real. Esta función solo está disponible para poder verificar que el sistema de control funciona correctamente, comparando la altura que predice el control con la altura real. No debe usarse para implementar la estrategia de control en si.
 
• int lee_codificador ();

Esta función lee el valor actual del contador del codificador devolviendo el número de pulsos contado. Esta función solo está disponible para poder verificar que el sistema de control funciona correctamente si se quiere analizar el valor del encoder. No debe usarse para implementar la estrategia de control en si.
 
• int lee_planta ();

Esta función retorna el número del sensor de planta actualmente activado. Un sensor de planta solo se activa si la cabina está situada a una altura dentro del intervalo [H-TOLERANCIA_SENSOR,H+TOLERANCIA_SENSOR], donde H es la altura de la planta. Esto quiere decir que solo se devuelve el número de un sensor si el ascensor está parado o en marcha a la altura de una planta.
No existe ninguna interrupción asociada que avise de que se haya activado nigún sensor.
En caso de no haber ningún sensor activo en el momento de la llamada,  la función devuelve -1.
 
• int lee_sensor_bajo ();

Retorna el estado del sensor de fin de carrera inferior. Este sensor se activa cuando la cabina alcanza el tope inferior del recorrido, tras lo cual el motor frena automáticamente. No existe ninguna interrupción asociada que avise de que el sensor se ha activado.
Retorna 1 si el sensor está activado y 0 si no lo está.
 
• int lee_sensor_alto ();

Retorna el estado del sensor de fin de carrera superior. Este sensor se activa cuando la cabina alcanza el tope superior del recorrido, tras lo cual el motor frena automáticamente. No existe ninguna interrupción asociada que avise de que el sensor se ha activado.
Retorna 1 si el sensor está activado y 0 si no lo está.
 
• int lee_estado_puerta ();

Retorna el estado del mecanismo de la puerta. El estado es:
• 0 si está cerrada completamente
• 1 si se está cerrando
• 2 si se está abriendo y
• 3 si está abierta del todo.
No hay interrupción asociada que indique cambios en el estado de la puerta.
 
• int lee_celula ();

Retorna el estado del sensor fotoeléctrico de la puerta. El estado es 0 si no hay ningún obstáculo y 1 si lo hay. Este sensor no controla automáticamente el motor de la puerta.
 
• int lee_botint ();

Retorna un número entero donde cada bit corresponde al estado de un botón de la botonera interna de la cabina. El bit de menor peso representa el botón de la planta 0. La botonera puede tener un máximo de 32 botones dado el tamaño de los enteros en C.
Cada bit toma el valor 1 si el botón está pulsado y 0 en caso contrario. Cuando un botón es pulsado, el bit correspondiente pasa a 1. Si se vuelve a pulsar antes de volver a cero no cambia de estado.
Los botones se mantienen pulsados hasta que la cabina se detiene en la planta correspondiente y se da la orden de abrir la puerta (tan solo basta comenzar la apertura, no es necesario que la puerta llegue a abrir del todo). En este caso, el bit que representa al botón de la planta actual se pone a cero automáticamente.
Cuando se pulsa un botón, se envía una interrupción al sistema indicando un cambio en el estado de la botonera. Si se pulsa un botón ya activo no se envía ninguna interrupción.
En la simulación, la interrupción la envía en forma de signal al thread que nosotros indiquemos (ver la función activa_botonera() ).
 
• int lee_botext ();

Esta función trabaja de forma idéntica a la función lee_botint(), excepto en que se refiere a los botones situados en la puerta de cada planta (solo hay un botón de llamada por planta). El comportamiento del registro de estado de esta botonera es idéntico al de la botonera interna. Los bits de botón de planta de esta botonera también se ponen a cero automáticamente cuando la cabina para y se abre la puerta en una planta.
Cuando se pulsa un botón, se envía una interrupción al sistema indicando un cambio en el estado de la botonera. Si se pulsa un botón ya activo no se envía ninguna interrupción.
En la simulación, la interrupción la envía en forma de signal al thread que nosotros indiquemos (ver la función activa_botonera() ).

Manipulación de timeval

• void suma_timeval(struct timeval *inst, double dt);

Esta función suma la diferencia dt expresada como un número de segundos con decimales al instante tv expresado en formato timeval. Al ser tv una variable pasada por referencia, el resultado es la modificación de la propia estructura tv.
 
• double resta_timeval(struct timeval *t1, struct timeval *t2);

Esta función calcula la diferencia t1-t2 devolviendo un número real de segundos con decimales.
 
• void genera_timeval(struct timeval *tv, double dt);

Esta función pasa el número de segundos con decimales dt a formato timeval y lo devuelve en la estructura pasada por referencia como primer argumento.

Signals

• SIGUSR1: Reservado para el usuario. Se puede usar sin riesgo.
• SIGUSR2: Reservado para el usuario. Se puede usar sin riesgo.
• SIGHUP: Sirve para que los procesos terminen cuando se cierra la ventana o terminal en que se ejecutan. Se puede reprogramar, pero el programa no terminará automáticamente si se cierra la consola de texto sin matarlo antes con Control-C.
• SIGPIPE: Sirve para controlar la escritura en un mecanismo de comunicación denominada PIPE. Si no se usan (poco probable en esta práctica) es posible usarlo sin problemas.
• SIGURG: Relacionado con las comunicaciones TCP/IP y los sockets. Si no se usan comunicaciones de red se puede usar sin problemas.