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