\section{Komunikace mezi zařízeními} \label{sec:komunikace}
Komunikace mezi zařízeními musí probíhat obousměrně asynchronním přenosem. Obousměrná komunikace se používá z důvodu získávání dat např. z LED zobrazovače, který obsahuje teplotní čidla, obvod reálného času, atd. Komunikace je volena s ohledem na požadované vzdálenosti mezi zařízeními a také technickou realizovatelností daného spojení. Při použití je nutná komunikační vzdálenost minimálně $200\,\jedn{m}$ (venkovní hřiště, atd.). Pro tuto vzdálenost je vybírána bezdrátová komunikace zařízení, protože při použití kabelu už by byla náročná montáž a mobilita systému. Použití kabelu je zamýšleno ve vnitřních prostorech sportovních hal nebo tělocvičen. V těchto místech se vzdálenosti pohybují v desítkách metrů.

\subsection{Komunikace pomocí kabelu}
V tabulce \ref{par_kom_rozhr} jsou uvedeny základní parametry zvoleného komunikačního rozhraní RS485 \cite{rs422_rs485}, které bylo vybráno z důvodu velké odolnosti proti rušení a možnosti přenosu dat na velké vzdálenosti.

\begin{table}[!h]
  \caption{Parametry komunikačního rozhraní RS485}
  \label{par_kom_rozhr}
  \begin{center}
  \begin{tabular}{|c|c|c|c|}
		\hline
    Rozhraní & Max. rychlost přenosu & Max. délka přenosu & Počet přip. zařízení \\
    \hline
    RS485 & $10\,\jedn{Mbit/s}$ & $1.200\,\jedn{m}$ & 32 \\
    \hline
  \end{tabular}
  \end{center}
\end{table}

Toto rozhraní je používáno v průmyslovém prostředí pro řízení systémů a přenos malých objemů dat. Umožňuje komunikaci více zařízení na stejném vedení. RS485 používá pro komunikaci dva samostatné vodiče (A a B). Signály nejsou vztahovány vhledem k zemi, ale používá se diferenciální napěťový přenos mezi vodiči. Délka vedení může dosahovat až $1200\,\jedn{m}$ a běžně vyráběné obvody dosahují přenosových rychlostí $10\,\jedn{Mbit/s}$. Na obrázku \ref{zap_vys_prij} je zobrazeno zapojení přijímače a vysílače.

\begin{figure}[!h]
  \begin{center}
    \includegraphics[scale=0.5]{obrazky/measure_system/meas_system_rs485_zapojeni}
  \end{center}
  \caption{Zapojení vysílače a přijímače pro RS485 - převzato z \cite{rs422_rs485}}
  \label{zap_vys_prij}  
\end{figure}


Standard EIA-RS485 Definuje vstupní impedanci RS485 obvodů $R_i=12\,\jedn{k\Omega}$. Proto je možné na jedno vedení připojit až 32 obvodů. Vedení musí být na obou koncích zakončeno terminačním rezistorem $R_T$. Na obrázku \ref{zap_prijimacu} je ukázka zapojení více přijímačů na jedno vedení.
\begin{figure}[!h]
  \begin{center}
    \includegraphics[scale=0.45]{obrazky/measure_system/meas_system_rs485_prijimace}
  \end{center}
  \caption{Zapojení více přijímačů pro RS485 - převzato z \cite{rs422_rs485}}
  \label{zap_prijimacu}  
\end{figure}

Z \cite{rs422_rs485} jsme určili, že pro rychlost $115\,\jedn{kbit/s}$ je teoretická maximální délka vedení asi $1.000\,\jedn{m}$ při použití kroucené dvojlinky. V praxi je délka mnohem menší, protože se při délce kabelu větší než $10\,\jedn{m}$ začnou projevovat ztráty způsobené kapacitami vodiče. Dále je rychlost limitována ohmickým odporem vedení a následnému útlumu signálu. Odpor kabelu by neměl být větší než impedance vedení, tedy $120\,\jedn{\Omega}$.


\subsection{Bezdrátová komunikace}
Bezdrátová komunikace probíhá prostřednictvím hotových modulů, které byly vybrány s ohledem na použití bezlicenčního pásma, maximální přenosové rychlosti a~vzdálenosti. V tabulce \ref{par_freq_band} jsou vypsány frekvence pro bezlicenční využití a maximální přenosové rychlosti, které lze na těchto frekvencích použít. Frekvence byla vybrána $2,4\,\jedn{GHz}$ v závislosti na přenosové rychlosti a dostupnosti modulů s podporou tvorby sítě. 

\begin{table}[!h]
  \caption{Parametry frekvenčních pásem}
  \label{par_freq_band}
  \begin{center}
  \begin{tabular}{|c|c|c|}
		\hline
    Frekvence & Přenosová rychlost & Max. vysílaný výkon \\
    \hline
    $433,92\,\jedn{MHz}$ & $115,2\,\jedn{kbps}$ & $10\,\jedn{dBm}$ \\
    \hline
    $868\,\jedn{MHz}$ & $250\,\jedn{kbps}$ & $10\,\jedn{dBm}$ \\
    \hline
    $2,4\,\jedn{GHz}$ & $100\,\jedn{Mbps}$ & $10\,\jedn{dBm}$ \\
    \hline
  \end{tabular}
  \end{center}
\end{table}

V tabulce \ref{par_rf_modul} jsou vypsány komerčně dostupné bezdrátové moduly pracující na~frekvenci $2,4\,\jedn{GHz}$.
 
\begin{table}[!h]
  \caption{Parametry \zk{zkRF} modulů}
  \label{par_rf_modul}
  \begin{center}
  \begin{tabular}{|c|c|c|c|}
		\hline
    Modul & Přenosová rychlost & Dosah & Komunikace \\
    \hline
    XBEE-PRO & $115,2\,\jedn{kbps}$ & $1.500\,\jedn{m}$ & \zk{zkUART} \\
    \hline
    XBEE & $250\,\jedn{kbps}$ & $100\,\jedn{m}$ & \zk{zkUART} \\
    \hline
    IRQF & $86,2\,\jedn{kbps}$ & $600\,\jedn{m}$ & \zk{zkUART} \\
    \hline
  \end{tabular}
  \end{center}
\end{table}

Pro komunikaci byl vybrán modul XBEE-PRO ZB \cite{xbee_pro} od firmy DigiMesh, protože splnil požadované parametry a je schopen překonat velké vzdálenosti přenosu. Modul komunikuje podle standardu 802.11 \cite{stand_802_11}, díky kterému modul automaticky vytvoří sít a umožňuje komunikovat s moduly Point-to-Point nebo Point-to-Multipoint. Tento modul lze koupit v provedení s integrovanou plošnou anténou, drátovou anténou a~také s konektorem RP-SMA pro připojení externí antény. Moduly mohou pracovat v~několika módech - koordinátor, router nebo koncové zařízení. Módy se~liší v různých funkcích pro úsporný režim, priorita komunikace a také správa celé sítě. Na obrázku \ref{meas_system_xbee_net} je zobrazen přiklad jak může vypadat struktura sítě.

\begin{figure}[!h]
  \begin{center}
    \includegraphics[scale=0.8]{obrazky/measure_system/meas_system_xbee_net}
  \end{center}
  \caption{Struktura sítě modulů XBEE - převzato z \cite{xbee_pro}}
  \label{meas_system_xbee_net}
\end{figure}

Přenášení dat modulem probíhá buďto přes tzv. AT příkazy, kterými se nastaví přenosové parametry modulu a poté modul funguje jako průchozí sériová linka, nebo pomocí \zk{zkAPI} (Application Programming Interface) příkazů. \zk{zkAPI} příkazy jsou mnohem univerzálnější, protože lze přímo při posílání dat definovat cílové adresy, zjišťovat doručení dat (AT příkazy nedávají zpětnou vazbu zdali byla data přijata přijímačem) a mnoho dalších funkcí.