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#include "mbed.h"
#include "QEI.h"
#include "USBSerial.h"
#include "PTC3471.h"

#define Ts 0.025                                                                 //periodo de amostragem
#define pi 3.14159

/******************************************************************************/
/****************  Definição de Variaveis, Objetos e Funções ******************/
/******************************************************************************/

USBSerial  pc;                                                                  // Objeto de comunicação serial com o TeraTerm

Ticker Control_Interrupt;                                                       // Interrupção de Tempo para acionamento do algoritmo de controle

//QEI Encoder_Motor (PTD0,PTB17,NC, 300, QEI::X4_ENCODING);                       // Objeto de leitura do encoder do motor
QEI Encoder_Motor (PTB17,PTD0,NC, 300, QEI::X4_ENCODING);                       // Objeto de leitura do encoder do motor
QEI Encoder_Pendulo (PTA12,PTA13,NC, 600, QEI::X4_ENCODING);                    // Objeto de leitura do encoder do pêndulo

DigitalOut Horario(PTC1);                                                       // DigitalOut que sinaliza se deve virar o motor no sentido horário
DigitalOut AntiHorario(PTD5); //                                                // DigitalOut que sinaliza se deve virar o motor no sentido anti-horário
PwmOut Motor(PTD6); //                                                          // AnalogOut (PWM) que indica de 0 a 1 qual o módulo da tensão sobre o motor

bool Flag_Controle = false;
int PlotCount = 0;

double phi0 = 0;                                                                // phi0 -> Ângulo lido pelo Encoder_Braco
double phi1 = 0;                                                                // phi1 -> Ângulo lido pelo Encoder_Pendulo

double th0 = 0;                                                                 // th0 -> Ângulo do braço
double th1 = 0;                                                                 // th1 -> Ângulo do pêndulo
double dth0 = 0;                                                                // dth0 -> Velocidade do braço
double dth1 = 0;                                                                // dth1 -> Velocidade do pêndulo

double th0_f = 0;                                                                 // th0 -> Ângulo do braço
double th1_f = 0;                                                                 // th1 -> Ângulo do pêndulo
double dth0_f = 0;                                                                // dth0 -> Velocidade do braço
double dth1_f = 0;                                                                // dth1 -> Velocidade do pêndulo
double th0_f_1 = 0;
double th1_f_1 = 0;
double th0_f_2 = 0;
double th1_f_2 = 0;

int th0_p = 0;                                                                 // th0 -> Ângulo do braço
int th1_p = 0;                                                                 // th1 -> Ângulo do pêndulo
int dth0_p = 0;                                                                // dth0 -> Velocidade do braço
int dth1_p = 0;
int phi0_p = 0;
int phi1_p = 0;
int u_p = 0;


double tau = 5e-2; 

double th0_a = 0;                                                               // Valor de th0 um período de amostragem anterior
double th1_a = 0;                                                               // Valor de th1 um período de amostragem anterior

float  u=0;
float Kc[6] = {-7.419878862059, -18.178566554476, 9.713794094247, 20.761715610881, -2.425140320655, -5.001521706675};
                                                                                
void Init(void);                                                                // Função de Inicialização
void Control_Function(void);                                                    // Função de flag do controle, a ser chamada pela interrupção
void Sensor_Read(void);                                                         // Função de leitura dos sensores
void Controle_Algoritmo(void);                                                  // Função que implementa o algoritmo de controle escolhido

/******************************************************************************/
/*************************** Corpo de Funções *********************************/
/******************************************************************************/

/*************************** Função Principal *********************************/
// A main chama todas as inicializações e então aguarda o sinal de que deve
// realizar controle. Esse sinal é dado pela flag "Controle" e é setada por uma
// interrupção de tempo.
//
// Para garantir a execução imediata do algoritmo de controle nenhum wait deve
// ser chamado durante a execução do controle e o uso de printfs deve ser 
// esporádico.
int main() {

    /*********************************************************************************/
    /** Inicialização do algoritmo de proteção. NUNCA DEVE SER RETIRADO DO PROGRAMA **/
    /**/                                wait(5);                                   /**/
    /**/         Protecao_Init(&Encoder_Motor, &Control_Interrupt, pi);            /**/
    /** Inicialização do algoritmo de proteção. NUNCA DEVE SER RETIRADO DO PROGRAMA **/
    /*********************************************************************************/
    
    Init();
    while(1) {
        
        if(Flag_Controle){
            
            Sensor_Read();                                                      // Executa a leitura dos sensores
            Controle_Algoritmo();                                               // Execução do seu algoritmo de controle
            
            PlotCount++;
            if(PlotCount>=10){
                                                                  // Controla para que o printf ocorra apenas uma vez a cada 10 iterações
                th0_p = th0*1000;                                                                 // th0 -> Ângulo do braço
                th1_p = th1*1000;                                                                 // th1 -> Ângulo do pêndulo
                dth0_p = dth0*1000;                                                                // dth0 -> Velocidade do braço
                dth1_p = dth1*1000;
                phi0_p = phi0*1000;
                phi1_p = phi1*1000;
                u_p = u * 1000;
                 
                PlotCount = 0;
                pc.printf("%d\t%d\t%d\t%d\t%d\n\r", th0_p, dth0_p, th1_p, dth1_p, u_p);
                //pc.printf("%d\n\r", phi1_p);
                //pc.printf("Theta_1: %d, dTheta_1: %d\n\r", th1_p, dth1_p);
                //pc.printf("U: %d\n\r", u_p);
                
            }
            
            Flag_Controle = false;                                                   // Sinaliza que deve-se esperar o próximo sinal da interrupção de tempo para executar o próximo passo de controle
        }
    }
}

/************** Função de implementação do algoritmo de controle **************/
// Nesta função você deve escrever a implementação do algoritmo de controle es-
// colhido e do algoritmo de estimação das velocidades.
// Caso necessite acesso a alguma variavel não medida ou alguma cons-
// tante não definida sinta-se livre para passa-las como argumento, definir 
// como variavel global ou com um #define
void Controle_Algoritmo(void){
    
    dth0 = (th0-th0_a)/Ts;                                               // Calculo das velocidades por backward
    dth1 = (th1-th1_a)/Ts;                                               // É interessante propor outro método


    // Filtro (1/tau*s +1) nos derivadas
    dth0_f = (tau/(Ts+tau))*dth0_f + (Ts/(Ts+tau))*dth0;
    dth1_f = (tau/(Ts+tau))*dth1_f + (Ts/(Ts+tau))*dth1;  
    
    /** Inserir Calculo do Sinal de Controle **/
    u = -(Kc[0]*th0_f + Kc[1]*th1_f + Kc[2]*th0_f_1 + Kc[3]*th1_f_1 + Kc[4]*th0_f_2 + Kc[5]*th1_f_2);
    //u=0

    if(u>1)
        u=1;
    if(u<-1)
        u=-1;
    
    if(u<0){
        Motor = -u;
        Horario = 1;
        AntiHorario = 0;
    }
    else if(u>0){
        Motor = u;
        Horario = 0;
        AntiHorario = 1;
    }
    else{
        Motor = 0;
        Horario = 0;
        AntiHorario = 0;
    }
    
}

/************************* Função de Inicialização *****************************/
// Esta função concentra todas as inicializações do sistema
void Init(void){
    
    Motor.period(0.0001);
    Horario = 0;
    AntiHorario = 0;
    Motor = 0.0;
    Control_Interrupt.attach(&Control_Function, Ts);
   
}

/********************** Função de leitura dos sensores *************************/
// Cada vez que esta função é chamada deve-se calcular os ângulos e velocidades
// angulares por algum método conhecido
void Sensor_Read(void){
    
    th0_a=th0;                                                    
    th1_a=th1;                                                    
    
    /** Leituras cruas dos ângulos do encoder **/
    phi0 = pi*Encoder_Motor.getPulses()/600.0;                                  // (eventos_lidos/eventos_por_volta)*2*pi = angulo_em_radianos
    phi1 = pi*Encoder_Pendulo.getPulses()/1200.0;                               // (eventos_lidos/eventos_por_volta)*360  = angulo_em_graus
    
    th0 = phi0;
    /** Tratamento do ângulo lido para ser zero na vertical para cima **/       // Como o encoder é incremental quando inicializamos o programa com o pêndulo na posição
    if(phi1>0)                                                                   // vertical para baixo esta passa a ser lida como 0º. Porém, para o algoritmo de controle
        th1 = phi1-pi;                                                           // funcionar corretamente 0º deve ser o pêndulo na posição vertical para cima. Para 
                                                                                // garantir que isso aconteça subido o pêndulo no sentido horário ou anti-horário fazemos
    else if(phi1<=0)                                                             // th1 = th1-sgn(th1)*pi, onde sgn(x) é o sinal de x.
        th1 = phi1+pi;                                                           // Para ficar mais claro o funcionamento destes "if else" plote o sinal de th1 no tera term
    
    th0_f_2 = th0_f_1;
    th1_f_2 = th1_f_1;

    th0_f_1 = th0_f;
    th1_f_1 = th1_f;
    
    // Filtro (1/tau*s +1) nos angulos
    th0_f = (tau/(Ts+tau))*th0_f + (Ts/(Ts+tau))*th0;
    th1_f = (tau/(Ts+tau))*th1_f + (Ts/(Ts+tau))*th1;    
    
}

/**************** Função de flag do algoritmo de controle ******************/
// Esta função avisa a main quando executar o próximo passo do algoritmo de 
// controle. O uso de uma interrupção para o acionamento da flag garante que
// haja exatamente Ts segundos entre execuções.
void Control_Function(void){
    
    Flag_Controle = true;
    
}