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////ライントレースサンプルver3
///モータ速度制御プログラムを追加。
///ラインセンサPD制御を追加。
///M_KP,M_KDは別途straight_speed_controlのプログラムで検証した値をセットする。
///フォトリフレクタのゲイン、ラインセンサの各種成分の調整を行い、
///ラインをきれいにトレースできるよう挑戦する。

#include "mbed.h"
#include "CRotaryEncoder.h"
#include "TB6612.h"


//☆★☆★各種パラメータ調整箇所☆★☆★☆★
#define     DEFAULT_SPEED   900     //機体の直進速度1000[mm/s] 
#define     TURN_POWER      0.5     //コースアウト時の旋回力
#define     PULSE_TO_UM     30      //エンコーダ1パルス当たりのタイヤ移動距離[um]
#define     INTERRUPT_TIME  1000    //割りこみ周期[us]
#define     GRAY            0.2f    //フォトリフレクタデジタル入力の閾値
//モータ速度のゲイン関連(むやみに調整しない)
#define     M_KP            0.002f  //P(比例)制御成分
#define     M_KD            0.001f  //D(微分)制御成分

//フォトリフレクタのゲイン（外側に行くにつれ値を何倍させたいか調整する。）
#define     S_K1            1.0f    //float演算させる値には必ずfを付ける
#define     S_K2            2.0f    //2倍
#define     S_K3            4.0f    //4倍

//ラインセンサ各種制御成分
#define     S_KP            0.5f    //ラインセンサ比例成分。大きいほど曲がりやすい
#define     S_KD            0.3f    //ラインセンサ微分成分。大きいほど急なラインずれに強くなる。


//////////☆★☆★☆★☆★☆★//////////////

//機体状態の定義
#define STOP                0x80   //機体停止状態
#define RUN_START           0x40   //スタートマーカ通過
#define RUN_COURSE_LOUT     0x20   //左コースアウト状態
#define RUN_COURSE_CENTER   0x18   //ライン中央走行状態
#define RUN_COURSE_ROUT     0x04   //右コースアウト状態
#define SECOND_RUN          0x02   //機体停止状態
#define TUARD_RUN           0x01   //機体設定モード

/////アナログ入力オブジェクト定義//////////
AnalogIn    s1(D3);
AnalogIn    s2(A6);
AnalogIn    s3(A5);
AnalogIn    s4(A4);
AnalogIn    s5(A3);
AnalogIn    s6(A2);
AnalogIn    s7(A1);
AnalogIn    s8(A0);
///////////////////////////////////////  
Serial      PC(USBTX,USBRX);
CRotaryEncoder encoder_a(D1,D0);    //モータAのエンコーダ
CRotaryEncoder encoder_b(D11,D12);  //モータBのエンコーダ
Ticker      timer;              //タイマ割込み用 
TB6612      motor_a(D2,D7,D6);  //モータA制御用(pwma,ain1,ain2)
TB6612      motor_b(D10,D8,D9); //モータB制御用(pwmb,bin1,bin2)


//使用変数の定義
float S1_Data,S2_Data,S3_Data,S4_Data,S5_Data,S6_Data,S7_Data,S8_Data; 
float All_Sensor_Data;      //ラインセンサ総データ量
float Sensor_Diff[2]={0,0}; //ラインセンサ偏差
float Sensor_P=0.0f;        //ラインセンサP(比例成分)制御量
float Sensor_D=0.0f;        //ラインセンサD(微分成分)制御量
float Sensor_PD=0.0f;       //ラインセンサP,D成分の合計
long int Enc_Count_A=0,Enc_Count_B=0;        //エンコーダパルス数を格納
long int Distance_A=0,Distance_B=0;          //タイヤ移動距離を格納[mm] 
long int Speed_A=0,  Speed_B=0;              //現在速度
long int Target_Speed_A=0,Target_Speed_B=0;  //目標速度
long int Motor_A_Diff[2]={0,0};    //過去の偏差と現在の偏差を格納
long int Motor_B_Diff[2]={0,0};   
float Motor_A_P,Motor_B_P;              //モータP制御成分
float Motor_A_D,Motor_B_D;              //モータD制御成分
float Motor_A_Pwm,Motor_B_Pwm;          //モータへの出力
unsigned char Sensor_Digital    =0x00;
unsigned char Old_Sensor_Digital=0x00;
unsigned char Machine_Status    =0x00;                 //機体状態
unsigned char Old_Machine_Status=0x00;             //過去の機体状態


void sensor_analog_read(){
    S1_Data=s1.read();
    S2_Data=s2.read();
    S3_Data=s3.read();
    S4_Data=s4.read();
    S5_Data=s5.read();
    S6_Data=s6.read();
    S7_Data=s7.read();
    S8_Data=s8.read();    
}
void sensor_digital_read(){//８つのフォトリフレクタの入力を8ビットのデジタルパターンに変換
    Old_Sensor_Digital=Sensor_Digital;
    if(S1_Data>GRAY)Sensor_Digital |= 0x80;   //7ビット目のみセット (1にする。)
    else            Sensor_Digital &= 0x7F;   //7ビット目のみマスク（0にする。）
    if(S2_Data>GRAY)Sensor_Digital |= 0x40;   //6ビット目のみセット (1にする。)
    else            Sensor_Digital &= 0xBF;   //6ビット目のみマスク（0にする。）
    if(S3_Data>GRAY)Sensor_Digital |= 0x20;   //5ビット目のみセット (1にする。)
    else            Sensor_Digital &= 0xDF;   //5ビット目のみマスク（0にする。）
    if(S4_Data>GRAY)Sensor_Digital |= 0x10;   //4ビット目のみセット (1にする。)
    else            Sensor_Digital &= 0xEF;   //4ビット目のみマスク（0にする。）
    if(S5_Data>GRAY)Sensor_Digital |= 0x08;   //3ビット目のみセット (1にする。)
    else            Sensor_Digital &= 0xF7;   //3ビット目のみマスク（0にする。）
    if(S6_Data>GRAY)Sensor_Digital |= 0x04;   //2ビット目のみセット (1にする。)
    else            Sensor_Digital &= 0xFB;   //2ビット目のみマスク（0にする。）
    if(S7_Data>GRAY)Sensor_Digital |= 0x02;   //1ビット目のみセット (1にする。)
    else            Sensor_Digital &= 0xFD;   //1ビット目のみマスク（0にする。）
    if(S8_Data>GRAY)Sensor_Digital |= 0x01;   //0ビット目のみセット (1にする。)
    else            Sensor_Digital &= 0xFE;   //0ビット目のみマスク（0にする。）    
}

void Machine_Status_Set(){
    Old_Machine_Status=Machine_Status;    
    //機体がライン中央に位置するとき
    if(Sensor_Digital&RUN_COURSE_CENTER )Machine_Status|=RUN_COURSE_CENTER;
    else Machine_Status &= 0xE7;//ライン中央情報のマスク
    if((Sensor_Digital==0x00)&&(Old_Sensor_Digital==0x40)){//左センサコースアウト時
        Machine_Status|=RUN_COURSE_LOUT;//左コースアウト状態のビットをセット
    }else if((Machine_Status&RUN_COURSE_LOUT)&&(Sensor_Digital&RUN_COURSE_CENTER)){
        //左コースアウト状態かつ機体がライン中央に復帰したとき
        Machine_Status &= 0xDF;//左コースアウト情報のみマスク    
    }
    if((Sensor_Digital==0x00)&&(Old_Sensor_Digital==0x02)){//右センサコースアウト時
        Machine_Status|=RUN_COURSE_ROUT;//右コースアウト状態のビットをセット
    }else if((Machine_Status&RUN_COURSE_ROUT)&&(Sensor_Digital&RUN_COURSE_CENTER)){
        //右コースアウト状態かつ機体がライン中央に復帰したとき
        Machine_Status &= 0xFB;//右コースアウト情報のみマスク    
    }     
}

void timer_interrupt(){
    //ラインセンサ情報取得
    sensor_analog_read();
    sensor_digital_read();
    Machine_Status_Set();
    
    //センサ取得値の重ね合わせ（端のセンサほどモータ制御量を大きくする）
    All_Sensor_Data=-(S2_Data*S_K3+S3_Data*S_K2+S4_Data*S_K1)+(S5_Data*S_K1+S6_Data*S_K2+S7_Data*S_K3);
    Sensor_Diff[1]=Sensor_Diff[0];//過去のラインセンサ偏差を退避
    Sensor_Diff[0]=All_Sensor_Data;
    Sensor_P=All_Sensor_Data*S_KP;                  //ラインセンサ比例成分の演算       
    Sensor_D=(Sensor_Diff[0]-Sensor_Diff[1])*S_KD;  //ラインセンサ微分成分の演算
    Sensor_PD=Sensor_P+Sensor_D; 
    
          
    ////モータ現在速度の取得            
    Enc_Count_A=encoder_a.Get();   //エンコーダパルス数を取得
    Enc_Count_B=-encoder_b.Get();
    Distance_A=(Enc_Count_A*PULSE_TO_UM);  //移動距離をmm単位で格納
    Distance_B=(Enc_Count_B*PULSE_TO_UM);
    Speed_A=(Distance_A*1000)/INTERRUPT_TIME;//走行速度演算[mm/s]
    Speed_B=(Distance_B*1000)/INTERRUPT_TIME; 
    Distance_A=0;
    Distance_B=0;
    encoder_a.Set(0);
    encoder_b.Set(0);
    
    /////各モータの目標速度の設定
    Target_Speed_A=DEFAULT_SPEED;
    Target_Speed_B=DEFAULT_SPEED;
    
    /////モータの速度制御
    //過去の速度偏差を退避
    Motor_A_Diff[1]=Motor_A_Diff[0];
    Motor_B_Diff[1]=Motor_B_Diff[0];
    //現在の速度偏差を取得。    
    Motor_A_Diff[0]=(Target_Speed_A-Speed_A);
    Motor_B_Diff[0]=(Target_Speed_B-Speed_B);
    //P成分演算
    Motor_A_P=Motor_A_Diff[0]*M_KP;
    Motor_B_P=Motor_B_Diff[0]*M_KP;
    //D成分演算
    Motor_A_D=(Motor_A_Diff[0]-Motor_A_Diff[1])*M_KD;
    Motor_B_D=(Motor_B_Diff[0]-Motor_B_Diff[1])*M_KD;
    
    Motor_A_Pwm=Motor_A_P+Motor_A_D+Sensor_PD;
    Motor_B_Pwm=Motor_B_P+Motor_B_D-Sensor_PD;
    if(Motor_A_Pwm>0.95f)Motor_A_Pwm=0.95f;
    else if(Motor_A_Pwm<-0.95)Motor_A_Pwm=-0.95f;
    if(Motor_B_Pwm>0.95f)Motor_B_Pwm=0.95f;
    else if(Motor_B_Pwm<-0.95f)Motor_B_Pwm=-0.95f;
        
    //モータへの出力
    
    if(!(Machine_Status&STOP)){//マシンが停止状態でなければ
        if(Machine_Status&RUN_COURSE_LOUT){
            motor_a=-(-TURN_POWER);
            motor_b=-(TURN_POWER);    
        }else if(Machine_Status&RUN_COURSE_ROUT){
            motor_a=-(TURN_POWER);    
            motor_b=-(-TURN_POWER);
        }else{
            motor_a=-Motor_A_Pwm;
            motor_b=-Motor_B_Pwm;
        }
    }else{//停止状態の時はモータへの出力は無効
        motor_a=0;
        motor_b=0;        
    }                       
}

int main() { 
    timer.attach_us(&timer_interrupt,INTERRUPT_TIME);//タイマ割り込みスタート     
    while(1){
        wait(1);
        PC.printf("Sensor_Digital:0x%02x\t Old_Sensor_Digital:0x%02x\t Machine_Status:0x%02x\t Old_Machine_Status:0x%02x\r\n"\
                 ,Sensor_Digital,Old_Sensor_Digital\
                 ,Machine_Status,Old_Machine_Status);//表示                
    }
}