График температуры: 100 точек в JSON

Метеостанция на даче первый сезон отправляла показания по одному: раз в пятнадцать минут — строка с текущей температурой. За сутки набегало девяносто шесть пакетов, радиоканал между домом и теплицей периодически чихал, и в истории появлялись дыры: сервер честно рисовал то, что дошло, а что не дошло — темнота. Усреднять по кривой с пропусками я уже не мог: график врал, а решения по нему я принимал всерьёз.

Лекарство нашлось в самой структуре протокола: копить точки в плате и отдавать историю одним пакетом. Один пакет — одна гарантия доставки, одна отметка времени, один разбор на приёмнике. Число отправок упало с девяноста шести до двадцати четырёх, а потом до шести, когда я стал слать пачку сразу за четыре часа. Бонусом пропали дубли: точка, отправленная дважды из-за ретрая, больше не появлялась на графике ступенькой.

Идея пачки старше меня: так пишут логи, так шлют телеметрию спутники. Но в ардуинном мире она упирается в две вещи — память платы и дисциплину приёма. Первую мы посчитаем в байтах прямо здесь, вторую — отдельно: шестисотбайтовый пакет не пролезет через 64-байтовый буфер приёмника, если тот не читает порт непрерывно. Обе грабли обходятся, но обе — честно, с числами.

В этом уроке — упаковка истории в JSON и обратная распаковка: сколько байтов стоит точка, как вытащить из пакета минимум, максимум и среднее и как нарисовать график прямо в мониторе порта, не имея ни экрана, ни сервера.

Точка истории — число в массиве: 20.4. В пакете она стоит около шести байтов вместе с запятой: цифры, точка, разделитель. Сотня точек с одним знаком после запятой — порядка шестисот байтов текста. При 9600 бод один байт идёт около миллисекунды, так что пачка за сутки занимает канал примерно шестьсот миллисекунд — раз в час, а не каждую четверть часа. Тот же пакет на 115200 бод проходит за пятьдесят с небольшим миллисекунд. Числа маленькие, но именно они решают, влезет ли протокол в канал дачного радиомодуля.

Первая экономия — время. Отметку для каждой точки можно выкинуть: если замеры идут строго по часам, i-я точка массива и есть i-й час с начала пакета. Время знают и отправитель, и приёмник — им достаточно договориться о точке отсчёта. Сотня отметок времени — это сотни байтов, которые превращаются в одно слово в комментарии к пакету.

Вторая экономия — точность. Для графика за сутки хватает одного знака после запятой: 20.4 против 20.4173. Смелый вариант — целые десятые доли одним байтом: 204 значит 20,4, и сто точек сжимаются до ста байтов. Но это уже свой двоичный протокол с легендой, а JSON выбирался в том числе за то, что пакет читается без легенды: собирая свои документы через serializeJson, я ценил это не раз.

Документ под сотню точек — уже всерьёз для Uno. В седьмой версии библиотеки документ растёт сам, и мы разбирали его повадки в уроке про JsonDocument; на приёме проверяйте doc.overflowed(), на отправке — полезно заранее посмотреть measureJson(doc): длину пакета в байтах без терминатора.

Частота отправки — компромисс, который стоит посчитать до прошивки, а не после. Пачка за сутки — шестьсот байтов раз в час: канал свободен, память целая. Пачка за неделю по пятнадцать минут — уже четыре килобайта: на Uno такой документ с живыми данными не соберётся. Моё правило для Uno — пачки до двухсот точек; всё длиннее — повод переезжать на ESP32 с её сотнями килобайт ОЗУ или резать историю на страницы по часам.

Разбор на приёмнике симметричен сборке: deserializeJson, проверка кода, цикл по индексам. Из пакета достаются три числа, ради которых история и хранилась: минимум, максимум и среднее. Минимум и максимум — границы вилки: ниже минимума температура не опустилась, выше максимума не поднялась. Среднее показывает климат в целом и заодно проверяет целостность: если среднее уехало от привычного на градус без явного похолодания — ищите дыру в данных. Вилка мин-макс пригодится и валидатору: следующий замер вне вилки — повод усомниться в канале, а не в погоде.

Бар-чарт в мониторе — мой любимый способ посмотреть на историю без сервера и без экрана: по строке на час, длина полоски решёток считается через map() от минимума до максимума пачки. Печать занимает двадцать четыре строки и полсекунды канала, а сутки видны с одного взгляда: где рассвет, где пик, где провал. Никакой магии в рисовании — цикл, печать символов, перенос строки; на плате этот же цикл печатает Serial, и график возникает прямо в мониторе IDE.

Приём длинного пакета — отдельная дисциплина, и об этом дальше.

В симуляторе — те же грабли в миниатюре: двадцать четыре точки за сутки, по одной на час. Движок разбирает строку в документ, и значения достаются в цикле: doc.h[i] — точечная форма; на плате она равнозначна doc["h"][i], но движок понимает только точку. Строка razbor= показывает, сошёлся ли разбор, — привычка из первого разбора работает и здесь. Собрать массив присваиванием движок не умеет — в симуляторе история приходит готовой строкой, а сборка пакета из живых замеров лежит в code-блоке для платы: там ей помогает createNestedArray или to<JsonArray>.

Перед графиком скетч печатает меру пакета: bayt_json — те самые байты, которые канал при 9600 потащит около ста двадцати миллисекунд. Потом минимум, максимум и среднее — и столбчатый график: полоска решёток тем длиннее, чем жарче час. Двадцать четыре строки — и сутки видны с одного взгляда, без экрана и без сервера. Тот же приём работает и на плате — Serial.print в цикле решает всё.

Шкала бара — самое интересное место скетча. map() работает с целыми, поэтому температуры я умножаю на десять: 17.6 превращается в 176, и шаг полоски — десятая градуса, а не целый градус. Диапазон шкалы не фиксирован, а берётся из данных: минимум и максимум этой же пачки. Такой график честен и к трём градусам размаха, и к тридцати — бар в любом случае растянется на весь диапазон, а мелкая рябь у пола останется заметной.

Пачка вместо россыпи: один пакет, одна доставка, один разбор — и график, который видно прямо в мониторе порта. Для вашего протокола пачка остаётся обычным сообщением: маркеры начала и конца никто не отменял, и приёмы из уроков про Serial работают без изменений. Дальше история может уехать дальше: на сервер HTTP-запросом с телом POST или в брокер через MQTT — пакет из этого урока ляжет туда без изменений, только заголовок Content-Type станет application/json. Домашнее задание с платой: накопите за сутки хотя бы двадцать четыре замера по millis-интервалу, соберите массив и отправьте пачкой; байты сверяйте — measureJson и на плате честный.