Installation

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Installation
Programmierung der seriellen Schnittstelle

• Viele Messgeräte verfügen über eine serielle
  Schnittstelle, insbesondere um die Messdaten zur
  weiteren Bearbeitung an einen Computer zu senden

• Messgeräte, Modems, Anlagen (z.B. Heizungen),
  Roboter, usw. können auch über die
  serielle Schnittstelle konfiguriert und
  gesteuert werden

• Die Übertragung erfolgt bitweise seriell nach
  der RS-232-Norm, welche die folgenden
  Parameter verwendet Baudrate, Anzahl Datenbit,
  Anzahl Stopbit, Parity und Handshake-Modus

• Für die Programmierung benötigt man eine
  geeignete Klassenbibliothek. Für Java ist
  diese nur für Windows als Teil der
  Java-Distribution erhältlich. Für andere
  Plattformen verwendet man am besten Third-Party
  Software. Seit langem etabliert hat sich SerialIo
  (www.serialio.com)

• Eine solche Distribution enthält einerseits die
  Klassenbibliothek als jar-Datei mit einer
  zugehörigen Java-Dokumentation (als JavaDoc) und
  einem nativen Treiber, der direkt auf die
  Betriebssystem- Ressourcen zugreift (unter
  Windows ein DLL, unter Mac ein jnilib). Diese
  müssen in ein bestimmtes, in der
  Installationsanleitung beschriebenes Verzeichnis
  kopiert werden

• Die jar-Datei und das JavaDoc-Verzeichnis werden
  in der verwendeten IDE wie andere
  Klassenbibliotheken (z.B. für ch.aplu.turtle)
  angegeben.

Das tönt sehr trocken, einmal installiert, hat
man aber viel Freude an der Kommunikation
zwischen einem intelligenten Computer (dem
Programm, das wir schreiben) und dem externen
Gerät.
s. Buch S. 535ff
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Terminal-Emulator
Typische Anwendung Terminal-Emulator

• Jede Tastatureingabe wird als Einzelzeichen an
  das angeschlossene Gerät übermittelt

• Jedes Zeichen, welches das externe Gerät an den
  Computer sendet, wird in einem Terminal- Fenster
  angezeigt

• Als Test-Gerät eignet sich gut ein Modem, mit
  dem man mit dem Hayes-Befehlssatz kommuniziert

• Beispiel unter Verwendung von Serialio
  STerminal.java

• Serielle USB-Adapter können auf dem Mac wie
  unter Windows problemlos eingesetzt werden

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Metex
Einlesen von Messwerten von einem Messgerät

• Das Messgerät übermittelt die Daten gemäss dem
  Hersteller-Protokoll

• Einfacher Fall Der Computer sendet irgend ein
  Zeichen und das Messgerät sendet aus
  diesem Anlass den letzten Messwert als
  ASCII-String zurück

• Die Schnittstelle der Messgeräts wird eventuell
  mit den Handshake-Leitungen gespiesen.
  Diese müssen daher einen vorgegeben Pegel
  aufweisen (low oder high)

• Beispiel unter Verwendung von Serialio
  SMetex.java

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Gruppenarbeit 1
Inspirationen für die Gruppenarbeit 1
1. Zwei Computer (Mac und Windows!) über die
serielle Schnittstelle verbinden und mit mit
STerminal trotz unterschiedlichen Plattformen
freundlich chatten
2. Die Messwerte vom Metex-Gerät periodisch
ablesen (Periode gt 500 ms) und (in einem
GPanel) grafisch darstellen Anleitung Für
Periode Thread.currentThread().delay()
verwenden Lösungsvorschlag in SUebung2.java und
Mex.java Variante Messwerte in einem GPanel
als Grossanzeige darstellen Anleitung Für
Periode LoResAlarmTimer verwenden, Font-Beispiel
new Font("Helvetiva", Font.PLAIN,
96) Lösungsvorschlag in SUebung3.java
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Simulationen
Simulationen

• Computer-Simulationen spielen in allen
  Naturwissenschaften eine ausserordentlich grosse
  Rolle

• Simulationen sollten im Unterricht nie ein
  einfaches Realexperiment ersetzen

• Oft benötigen Simulationen animierte Grafik und
  ein exaktes Timing

• Im Package ch.aplu.util gibt es darum

• HiResTimer, bzw. HiResAlarmTimer (bis J2SE V1.4
  wird Java3D verwendet )

• LoResTimer, bzw. LoResAlarmTimer (getTime() aus
  dem Java-API verwendet)

• TimerEvent, der periodisch ausgelöst wird

• Beispiel vertikaler Wurf TimeEx2.java

s. Buch S. 222
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Gruppenarbeit 2
Inspirationen für die Gruppenarbeit 2
2. Ausgehend vom Programm TimeEx2.java simulieren
Sie den schiefen Wurf a) ohne
Luftwiderstand b) mit Luftwiderstand
(Reibungskraft prop v2)
Anleitung Folgende Werte haben sich bewährt
final double dt 0.1 // Zeitinterval in s
final double g 9.81 // Fallbeschleunigung
in m/s2 final double m 8.8e-3 // Masse in
kg final double rho 1.06e-3 //
Reibungskoeffizient in Ns2/m2 //
Anfangsbedingungen final double x0 0 //
Anfangsposition final double y0 0 final
double v0 10 // Anfangsschnelligkeit im
m/s final double alpha 40 // Abschusswinkel
in Grad Koordinatensystem im GPanel x -1..11
y -6..6)
Lösungsvorschlag in Wurf.java bzw. Ballistik.java
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Simulationen
Sound

• Es liegt auf der Hand, den Computer mit
  Soundkarte zu musikalisch/physikalischen Demonstr
  ationen und Messungen einzusetzen

• Beispiele

Overtonewww.aplu.ch/overtone
Virtuelles Instrument www.aplu.ch/webstart

• Schwebungen der Obertöne bei der Quint der
  Wohltemperierten Stimmung (C-G)

• Schwebungen bei gleichen Tönen der beiden
  Tonleitern (G auf beiden)

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Gruppenarbeit 3
Inspirationen für die Gruppenarbeit 3
1. Man studiere das Kapitel 35 Sound und führe
die dort besprochenen Programme aus
2. Man ändere das Programm ClipPlayer.java so ab,
dass es eine fest vorgegebene wav-Datei abspielt
. (Anleitung der Konstruktor der Klasse File
kann den Dateinamen übernehmen.) Lösungsvorschla
g in WbzClipPlayer.java
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JControl
JControl Eingebettetes Java-System

• Java Control Unit 8-bit Microcontroller mit
  (abgemagertem) JRE und Flash-Speicher

• Parallel-Port, RS-232-Port, 8-Kanal-Analog-Digita
  lwandler

• Grafik-Display 128x64 pixel mit
  Instrumenten-Bibliothek

• Entwicklungsumgebung (IDE) für PC (Compilieren
  und Download)

• Entwicklungsplatine mit 5 Tasten, Buzzer,
  Spannungsregler und RS-232-Schnittstelle

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Sensor-Interfaces
Sensor-Interfaces

• Industrieinterfaces sind universell und billig

• Verbindung mit serieller Schnittstelle (event.
  über USB-Adapter)

• Eigene Programmierung (universell, aber
  arbeitsintensiv)

• Nicht nur Messung, sondern auch Steuerung von
  Geräten (Motoren, usw.)

• Java-Klassenbibliothek