git.gag.com Git - fw/altos/blob - src/micropeak/micro-log-parse.5c

   1 /*
   2  * Copyright © 2012 Keith Packard <keithp@keithp.com>
   3  *
   4  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   5  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
   6  * the Free Software Foundation; version 2 of the License.
   7  *
   8  * This program is distributed in the hope that it will be useful, but
   9  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  10  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  11  * General Public License for more details.
  12  *
  13  * You should have received a copy of the GNU General Public License along
  14  * with this program; if not, write to the Free Software Foundation, Inc.,
  15  * 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA 02111-1307 USA.
  16  */
  17
  18 exception non_hexchar(int c);
  19 exception file_ended();
  20 exception invalid_crc();
  21
  22 int
  23 get_nonwhite(file f)
  24 {
  25         int     c;
  26
  27         for (;;) {
  28                 if (File::end(f))
  29                         raise file_ended();
  30                 if (!Ctype::isspace((c = File::getc(f))))
  31                         return c;
  32         }
  33 }
  34
  35 int
  36 get_hexc(file f)
  37 {
  38         int     c = get_nonwhite(f);
  39
  40         if ('0' <= c && c <= '9')
  41                 return c - '0';
  42         if ('a' <= c && c <= 'f')
  43                 return c - 'a' + 10;
  44         if ('A' <= c && c <= 'F')
  45                 return c - 'A' + 10;
  46         raise non_hexchar(c);
  47 }
  48
  49 int POLY = 0x8408;
  50
  51 int
  52 log_crc(int crc, int byte)
  53 {
  54         int     i;
  55
  56         for (i = 0; i < 8; i++) {
  57                 if (((crc & 0x0001) ^ (byte & 0x0001)) != 0)
  58                         crc = (crc >> 1) ^ POLY;
  59                 else
  60                         crc = crc >> 1;
  61                 byte >>= 1;
  62         }
  63         return crc & 0xffff;
  64 }
  65
  66 int     file_crc;
  67
  68
  69 int
  70 get_hex(file f)
  71 {
  72         int     a = get_hexc(f);
  73         int     b = get_hexc(f);
  74
  75         int h = (a << 4) + b;
  76
  77         file_crc = log_crc(file_crc, h);
  78         return h;
  79 }
  80
  81 bool
  82 find_header(file f)
  83 {
  84         while (!File::end(f)) {
  85                 if (get_nonwhite(f) == 'M' && get_nonwhite(f) == 'P')
  86                         return true;
  87         }
  88         return false;
  89 }
  90
  91 int
  92 get_32(file f)
  93 {
  94         int     v = 0;
  95         for (int i = 0; i < 4; i++) {
  96                 v += get_hex(f) << (i * 8);
  97         }
  98         return v;
  99 }
 100
 101 int
 102 get_16(file f)
 103 {
 104         int     v = 0;
 105         for (int i = 0; i < 2; i++) {
 106                 v += get_hex(f) << (i * 8);
 107         }
 108         return v;
 109 }
 110
 111 int
 112 swap16(int i) {
 113         return ((i << 8) & 0xff00) | ((i >> 8) & 0xff);
 114 }
 115 typedef struct {
 116         int     ground_baro;
 117         int     min_baro;
 118         int[*]  samples;
 119 } log_t;
 120
 121 log_t
 122 get_log(file f) {
 123         log_t   log;
 124
 125         if (!find_header(f))
 126                 raise file_ended();
 127         file_crc = 0xffff;
 128         log.ground_baro = get_32(f);
 129         log.min_baro = get_32(f);
 130         int nsamples = get_16(f);
 131         log.samples = (int[nsamples]) { [i] = get_16(f) };
 132
 133         int current_crc = swap16(~file_crc & 0xffff);
 134         int crc = get_16(f);
 135
 136         if (crc != current_crc)
 137                 raise invalid_crc();
 138         return log;
 139 }
 140
 141 /*
 142  * Pressure Sensor Model, version 1.1
 143  *
 144  * written by Holly Grimes
 145  *
 146  * Uses the International Standard Atmosphere as described in
 147  *   "A Quick Derivation relating altitude to air pressure" (version 1.03)
 148  *    from the Portland State Aerospace Society, except that the atmosphere
 149  *    is divided into layers with each layer having a different lapse rate.
 150  *
 151  * Lapse rate data for each layer was obtained from Wikipedia on Sept. 1, 2007
 152  *    at site <http://en.wikipedia.org/wiki/International_Standard_Atmosphere
 153  *
 154  * Height measurements use the local tangent plane.  The postive z-direction is up.
 155  *
 156  * All measurements are given in SI units (Kelvin, Pascal, meter, meters/second^2).
 157  *   The lapse rate is given in Kelvin/meter, the gas constant for air is given
 158  *   in Joules/(kilogram-Kelvin).
 159  */
 160
 161 const real GRAVITATIONAL_ACCELERATION = -9.80665;
 162 const real AIR_GAS_CONSTANT = 287.053;
 163 const int NUMBER_OF_LAYERS = 7;
 164 const real MAXIMUM_ALTITUDE = 84852;
 165 const real MINIMUM_PRESSURE = 0.3734;
 166 const real LAYER0_BASE_TEMPERATURE = 288.15;
 167 const real LAYER0_BASE_PRESSURE = 101325;
 168
 169 /* lapse rate and base altitude for each layer in the atmosphere */
 170 const real[NUMBER_OF_LAYERS] lapse_rate = {
 171         -0.0065, 0.0, 0.001, 0.0028, 0.0, -0.0028, -0.002
 172 };
 173 const int[NUMBER_OF_LAYERS] base_altitude = {
 174         0, 11000, 20000, 32000, 47000, 51000, 71000
 175 };
 176
 177
 178 /* outputs atmospheric pressure associated with the given altitude. altitudes
 179    are measured with respect to the mean sea level */
 180 real altitude_to_pressure(real altitude) {
 181
 182    real base_temperature = LAYER0_BASE_TEMPERATURE;
 183    real base_pressure = LAYER0_BASE_PRESSURE;
 184
 185    real pressure;
 186    real base; /* base for function to determine pressure */
 187    real exponent; /* exponent for function to determine pressure */
 188    int layer_number; /* identifies layer in the atmosphere */
 189    int delta_z; /* difference between two altitudes */
 190
 191    if (altitude > MAXIMUM_ALTITUDE) /* FIX ME: use sensor data to improve model */
 192       return 0;
 193
 194    /* calculate the base temperature and pressure for the atmospheric layer
 195       associated with the inputted altitude */
 196    for(layer_number = 0; layer_number < NUMBER_OF_LAYERS - 1 && altitude > base_altitude[layer_number + 1]; layer_number++) {
 197       delta_z = base_altitude[layer_number + 1] - base_altitude[layer_number];
 198       if (lapse_rate[layer_number] == 0.0) {
 199          exponent = GRAVITATIONAL_ACCELERATION * delta_z
 200               / AIR_GAS_CONSTANT / base_temperature;
 201          base_pressure *= exp(exponent);
 202       }
 203       else {
 204          base = (lapse_rate[layer_number] * delta_z / base_temperature) + 1.0;
 205          exponent = GRAVITATIONAL_ACCELERATION /
 206               (AIR_GAS_CONSTANT * lapse_rate[layer_number]);
 207          base_pressure *= pow(base, exponent);
 208       }
 209       base_temperature += delta_z * lapse_rate[layer_number];
 210    }
 211
 212    /* calculate the pressure at the inputted altitude */
 213    delta_z = altitude - base_altitude[layer_number];
 214    if (lapse_rate[layer_number] == 0.0) {
 215       exponent = GRAVITATIONAL_ACCELERATION * delta_z
 216            / AIR_GAS_CONSTANT / base_temperature;
 217       pressure = base_pressure * exp(exponent);
 218    }
 219    else {
 220       base = (lapse_rate[layer_number] * delta_z / base_temperature) + 1.0;
 221       exponent = GRAVITATIONAL_ACCELERATION /
 222            (AIR_GAS_CONSTANT * lapse_rate[layer_number]);
 223       pressure = base_pressure * pow(base, exponent);
 224    }
 225
 226    return pressure;
 227 }
 228
 229
 230 /* outputs the altitude associated with the given pressure. the altitude
 231    returned is measured with respect to the mean sea level */
 232 real pressure_to_altitude(real pressure) {
 233
 234    real next_base_temperature = LAYER0_BASE_TEMPERATURE;
 235    real next_base_pressure = LAYER0_BASE_PRESSURE;
 236
 237    real altitude;
 238    real base_pressure;
 239    real base_temperature;
 240    real base; /* base for function to determine base pressure of next layer */
 241    real exponent; /* exponent for function to determine base pressure
 242                              of next layer */
 243    real coefficient;
 244    int layer_number; /* identifies layer in the atmosphere */
 245    int delta_z; /* difference between two altitudes */
 246
 247    if (pressure < 0)  /* illegal pressure */
 248       return -1;
 249    if (pressure < MINIMUM_PRESSURE) /* FIX ME: use sensor data to improve model */
 250       return MAXIMUM_ALTITUDE;
 251
 252    /* calculate the base temperature and pressure for the atmospheric layer
 253       associated with the inputted pressure. */
 254    layer_number = -1;
 255    do {
 256       layer_number++;
 257       base_pressure = next_base_pressure;
 258       base_temperature = next_base_temperature;
 259       delta_z = base_altitude[layer_number + 1] - base_altitude[layer_number];
 260       if (lapse_rate[layer_number] == 0.0) {
 261          exponent = GRAVITATIONAL_ACCELERATION * delta_z
 262               / AIR_GAS_CONSTANT / base_temperature;
 263          next_base_pressure *= exp(exponent);
 264       }
 265       else {
 266          base = (lapse_rate[layer_number] * delta_z / base_temperature) + 1.0;
 267          exponent = GRAVITATIONAL_ACCELERATION /
 268               (AIR_GAS_CONSTANT * lapse_rate[layer_number]);
 269          next_base_pressure *= pow(base, exponent);
 270       }
 271       next_base_temperature += delta_z * lapse_rate[layer_number];
 272    }
 273    while(layer_number < NUMBER_OF_LAYERS - 1 && pressure < next_base_pressure);
 274
 275    /* calculate the altitude associated with the inputted pressure */
 276    if (lapse_rate[layer_number] == 0.0) {
 277       coefficient = (AIR_GAS_CONSTANT / GRAVITATIONAL_ACCELERATION)
 278                                                     * base_temperature;
 279       altitude = base_altitude[layer_number]
 280                     + coefficient * log(pressure / base_pressure);
 281    }
 282    else {
 283       base = pressure / base_pressure;
 284       exponent = AIR_GAS_CONSTANT * lapse_rate[layer_number]
 285                                        / GRAVITATIONAL_ACCELERATION;
 286       coefficient = base_temperature / lapse_rate[layer_number];
 287       altitude = base_altitude[layer_number]
 288                       + coefficient * (pow(base, exponent) - 1);
 289    }
 290
 291    return altitude;
 292 }
 293
 294 real feet_to_meters(real feet)
 295 {
 296     return feet * (12 * 2.54 / 100);
 297 }
 298
 299 real meters_to_feet(real meters)
 300 {
 301     return meters / (12 * 2.54 / 100);
 302 }
 303
 304
 305 real    time = 0;
 306 int     sample = 0;
 307 real    interval = 0.192;
 308 real    ground_alt = 0;
 309
 310 void show(int pa)
 311 {
 312         printf ("%9.2f %9.1f %d\n", time, pressure_to_altitude(pa) - ground_alt, pa);
 313         sample++;
 314         time += interval;
 315 }
 316
 317 int mix_in (int high, int low)
 318 {
 319         return  high - (high & 0xffff) + low;
 320 }
 321
 322 bool closer (int target, int a, int b)
 323 {
 324         return abs (target - a) < abs(target - b);
 325 }
 326
 327 void
 328 dump_log(log_t log) {
 329         int cur = log.ground_baro;
 330
 331         ground_alt = pressure_to_altitude(cur);
 332         show(cur);
 333         for (int l = 0; l < dim(log.samples); l++) {
 334                 int     k = log.samples[l];
 335                 int     same = mix_in(cur, k);
 336                 int     up = mix_in(cur + 0x10000, k);
 337                 int     down = mix_in(cur - 0x10000, k);
 338
 339                 if (closer (cur, same, up)) {
 340                         if (closer (cur, same, down))
 341                                 cur = same;
 342                         else
 343                                 cur = down;
 344                 } else {
 345                         if (closer (cur, up, down))
 346                                 cur = up;
 347                         else
 348                                 cur = down;
 349                 }
 350                 show(cur);
 351         }
 352 }
 353
 354
 355 log_t log = get_log(stdin);
 356 dump_log(log);