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/* mbed Microcontroller Library
 * Copyright (c) 2019 ARM Limited
 * SPDX-License-Identifier: Apache-2.0
 */

#include "mbed.h"
#include "ReceiverIR.h"
#include "rtos.h"
#include <stdint.h>
#include "platform/mbed_thread.h"
#include "TextLCD.h"

Serial pc(USBTX, USBRX);

/* マクロ定義、列挙型定義 */
#define     MIN_V 2.0       // 電圧の最小値
#define     MAX_V 2.67      // 電圧の最大値
#define     LOW     0       // モーターOFF
#define     HIGH    1       // モーターON
#define     NORMAL   0      // 普通
#define     FAST   1        // 速い
#define     VERYFAST   2    // とても速い

/* 操作モード定義 */
enum MODE{
    READY   = -1,   // -1：待ち
    ADVANCE = 1,    //  1：前進
    RIGHT,          //  2：右折
    LEFT,           //  3：左折
    BACK,           //  4：後退
    STOP,           //  5：停止
    LINE_TRACE,     //  6：ライントレース
    AVOIDANCE,      //  7：障害物回避
    SPEED,          //  8：スピード制御
};

/* ピン配置 */
ReceiverIR   ir(p5);        // リモコン操作
DigitalOut  trig(p6);       // 超音波センサtrigger
DigitalIn   echo(p7);       // 超音波センサecho
DigitalIn   ss1(p8);        // ライントレースセンサ(左)
DigitalIn   ss2(p9);        // ライントレースセンサ
DigitalIn   ss3(p10);       // ライントレースセンサ
DigitalIn   ss4(p11);       // ライントレースセンサ
DigitalIn   ss5(p12);       // ライントレースセンサ(右)
Serial      esp(p13, p14);  // Wi-Fiモジュール(tx, rx)
AnalogIn    battery(p15);   // 電池残量読み取り(Max 3.3V)
PwmOut      motorR2(p21);   // 右モーター後退
PwmOut      motorR1(p22);   // 右モーター前進
PwmOut      motorL2(p23);   // 左モーター後退
PwmOut      motorL1(p24);   // 左モーター前進
PwmOut      servo(p25);     // サーボ
I2C         i2c_lcd(p28,p27);   // LCD(tx, rx)

/* 変数宣言 */
int mode;                   // 操作モード
int run;                    // 走行状態
int beforeMode;             // 前回のモード
int flag_sp = 0;            // スピード変化フラグ
Timer viewTimer;            // スピ―ド変更時に3秒計測タイマー
float motorSpeed[9] = {0.7, 0.8, 0.9, 0.75, 0.85, 0.95, 0.8, 0.9, 1.0};
                            // モーター速度設定(後半はライントレース用)
                            
Mutex  mutex;               // ミューテックス
                      
/* decodeIR用変数 */
RemoteIR::Format format;
uint8_t buf[32];
uint32_t bitcount;
uint32_t code;

/* bChange, lcdbacklight用変数 */
TextLCD_I2C lcd(&i2c_lcd, (0x27 << 1), TextLCD::LCD16x2, TextLCD::HD44780);
int b = 0;          // バッテリー残量
int flag_b = 0;     // バックライト点滅フラグ
int flag_t = 0;     // バックライトタイマーフラグ

/* trace用変数 */
int sensArray[32] = {1,6,2,4,1,1,2,1,   // ライントレースセンサパターン
                    3,1,1,1,3,1,1,1,
                    7,1,1,1,1,1,1,1,
                    5,1,1,1,1,1,1,1};

/* avoidance用変数 */
Timer timer;            // 距離計測用タイマ
int DT;                 // 距離
int SC;                 // 正面   
int SL;                 // 左
int SR;                 // 右
int SLD;                // 左前
int SRD;                // 右前
int flag_a = 0;         // 障害物有無のフラグ
const int limit = 20;   // 障害物の距離のリミット(単位：cm)
int far;                // 最も遠い距離
int houkou;             // 進行方向(1:前 2:左 3:右)
int i;                  // ループ変数



/* プロトタイプ宣言 */
void decodeIR(void const *argument);
void motor(void const *argument);
void changeSpeed();
void avoidance(void const *argument);
void trace(void const *argument);
void watchsurrounding();
int watch();
void bChange();
void display();
void lcdBacklight(void const *argument);
Thread deco_thread(decodeIR, NULL, osPriorityRealtime); // decodeIRをスレッド化 ：+3
Thread motor_thread(motor, NULL, osPriorityHigh);       // motorをスレッド化    ：+2
Thread avoi_thread(avoidance, NULL, osPriorityHigh);    // avoidanceをスレッド化：+2
Thread trace_thread(trace, NULL, osPriorityHigh);       // traceをスレッド化    ：+2
RtosTimer bTimer(lcdBacklight, osTimerPeriodic);        // lcdBacklightをタイマー割り込みで設定

DigitalOut led1(LED1);

/* リモコン受信スレッド */
void decodeIR(void const *argument){ 
   while(1){ 
        // 受信待ち
        pc.printf("decodeIR\r\n");
        if (ir.getState() == ReceiverIR::Received){ // コード受信
            bitcount = ir.getData(&format, buf, sizeof(buf) * 8);
            if(bitcount > 1){        // 受信成功
                code=0;
                for(int j = 0; j < 4; j++){
                    code+=(buf[j]<<(8*(3-j)));
                }
                if(mode != SPEED){   // スピードモード以外なら
                    beforeMode=mode; // 前回のモードに現在のモードを設定       
                }
                
                //pc.printf("%0x\r\n",code);
                switch(code){
                    case 0x40bf27d8:    // クイック
                        pc.printf("mode = SPEED\r\n");
                        mode = SPEED;       // スピードモード 
                        changeSpeed();      // 速度変更
                        display();          // ディスプレイ表示
                        mode = beforeMode;  // 現在のモードに前回のモードを設定
                        break;
                    case 0x40be34cb:    // レグザリンク
                        pc.printf("mode = LINE_TRACE\r\n");
                        mode=LINE_TRACE;    // ライントレースモード
                        display();          // ディスプレイ表示
                        break;
                    case 0x40bf6e91:    // 番組表
                        pc.printf("mode = AVOIDANCE\r\n");
                        mode=AVOIDANCE;     // 障害物回避モード
                        run = ADVANCE;      // 前進
                        display();          // ディスプレイ表示
                        break;
                    case 0x40bf3ec1:    // ↑
                        pc.printf("mode = ADVANCE\r\n");
                        mode = ADVANCE;     // 前進モード
                        run = ADVANCE;      // 前進
                        display();          // ディスプレイ表示
                        break;
                    case 0x40bf3fc0:    // ↓
                        pc.printf("mode = BACK\r\n");
                        mode = BACK;        // 後退モード
                        run = BACK;         // 後退
                        display();          // ディスプレイ表示
                        break;
                    case 0x40bf5fa0:    // ←
                        pc.printf("mode = LEFT\r\n");
                        mode = LEFT;        // 左折モード
                        run = LEFT;         // 左折
                        display();          // ディスプレイ表示
                        break;
                    case 0x40bf5ba4:    // →
                        pc.printf("mode = RIGHT\r\n");
                        mode = RIGHT;       // 右折モード
                        run = RIGHT;        // 右折
                        display();          // ディスプレイ表示
                        break;
                    case 0x40bf3dc2:    // 決定
                        pc.printf("mode = STOP\r\n");
                        mode = STOP;        // 停止モード
                        run = STOP;         // 停止
                        display();          // ディスプレイ表示
                        break;
                    default:
                        ;
                }
            }
        }
        if(viewTimer.read_ms()>=3000){  // スピードモードのまま3秒経過
            viewTimer.stop();   // タイマーストップ
            viewTimer.reset();  // タイマーリセット
            display();          // ディスプレイ表示
        }
        ThisThread::sleep_for(90);  // 90ms待つ
    }       
}

/* モーター制御スレッド */
void motor(void const *argument){
    while(1){
        pc.printf("motor\r\n");
        /* 走行状態の場合分け */
        switch(run){
            /* 前進 */
            case ADVANCE:
                motorR1 = motorSpeed[flag_sp];  // 右前進モーターON
                motorR2 = LOW;                  // 右後退モーターOFF
                motorL1 = motorSpeed[flag_sp];  // 左前進モーターON
                motorL2 = LOW;                  // 左後退モーターOFF
                break;
            /* 右折 */
            case RIGHT:
                motorR1 = LOW;                  // 右前進モーターOFF
                motorR2 = motorSpeed[flag_sp];  // 右後退モーターON
                motorL1 = motorSpeed[flag_sp];  // 左前進モーターON
                motorL2 = LOW;                  // 左後退モーターOFF
                break;
            /* 左折 */
            case LEFT:
                motorR1 = motorSpeed[flag_sp];  // 右前進モーターON
                motorR2 = LOW;                  // 右後退モーターOFF
                motorL1 = LOW;                  // 左前進モーターOFF
                motorL2 = motorSpeed[flag_sp];  // 左後退モーターON
                break;
            /* 後退 */
            case BACK:
                motorR1 = LOW;                  // 右前進モーターOFF
                motorR2 = motorSpeed[flag_sp];  // 右後退モーターON
                motorL1 = LOW;                  // 左前進モーターOFF
                motorL2 = motorSpeed[flag_sp];  // 左後退モーターON
                break;
            /* 停止 */
            case STOP:
                motorR1 = LOW;                  // 右前進モーターOFF
                motorR2 = LOW;                  // 右後退モーターOFF
                motorL1 = LOW;                  // 左前進モーターOFF
                motorL2 = LOW;                  // 左後退モーターOFF
                break;
        }
        if(flag_sp > VERYFAST){             // スピード変更フラグが2より大きいなら
            flag_sp -= 3 * (flag_sp / 3);   // スピード変更フラグ調整
        }
        pc.printf("                motor\r\n");
        ThisThread::sleep_for(30);          // 30ms待つ
    }
}

/* スピード変更関数 */
void changeSpeed(){
    if(flag_sp%3 == 2){         // スピード変更フラグを3で割った余りが2なら
        flag_sp -= 2;           // スピード変更フラグを-2
        
    }else{                      // それ以外
        flag_sp = flag_sp + 1;  // スピード変更フラグを+1 
    }  
}

/* ライントレーススレッド */
void trace(void const *argument){
    while(1){ 
        if(mode==LINE_TRACE){      // 現在ライントレースモードなら      
            //pc.printf("line trace\r\n");
            
            /* 各センサー値読み取り */
            int sensor1 = ss1;
            int sensor2 = ss2;
            int sensor3 = ss3;
            int sensor4 = ss4;
            int sensor5 = ss5;
            pc.printf("%d  %d  %d  %d  %d  \r\n",sensor1,sensor2,sensor3,sensor4,sensor5); 
            int sensD = 0;
            int sensorNum;
            
            /* センサー値の決定 */
            if(sensor1 > 0) sensD |= 0x10;
            if(sensor2 > 0) sensD |= 0x08;
            if(sensor3 > 0) sensD |= 0x04;
            if(sensor4 > 0) sensD |= 0x02;
            if(sensor5 > 0) sensD |= 0x01;
            
            sensorNum = sensArray[sensD];
            
            /* センサー値によって場合分け */
            switch(sensorNum){
                case 1:
                    if(mode == LINE_TRACE){ // 現在ライントレースモードなら
                        run = ADVANCE;      // 低速で前進
                    }
                    pc.printf("ADVANCE");
                    break;
                case 2:
                    if(mode == LINE_TRACE){ // 現在ライントレースモードなら
                        run = RIGHT;        // 低速で右折
                    }
                    pc.printf("RIGHT");
                    break;
                case 3:
                    if(mode == LINE_TRACE){ // 現在ライントレースモードなら
                        run = LEFT;         // 低速で左折
                    }
                    pc.printf("LEFT");
                    break;
                case 4:
                    if(mode==LINE_TRACE){   // 現在ライントレースモードなら
                        flag_sp = flag_sp % 3 + 3;   
                        run = RIGHT;        // 中速で右折
                    }
                    pc.printf("RIGHT");
                    break;
                case 5:
                    if(mode == LINE_TRACE){ // 現在ライントレースモードなら
                        flag_sp = flag_sp % 3 + 3;
                        run = LEFT;         // 中速で左折
                    }
                    pc.printf("LEFT");
                    break;
                case 6:
                    if(mode == LINE_TRACE){ // 現在ライントレースモードなら
                        flag_sp = flag_sp % 3 + 6;
                        run = RIGHT;        // 高速で右折
                    }
                    pc.printf("RIGHT");
                    break;
                case 7:
                    if(mode == LINE_TRACE){ // 現在ライントレースモードなら
                        flag_sp = flag_sp % 3 + 6;
                        run = LEFT;         // 高速で左折
                    }
                    pc.printf("LEFT");
                    break;
            }
            ThisThread::sleep_for(30);      // 30ms待つ
        }else{          
            ThisThread::sleep_for(1);       // 1ms待つ
        }
    }
}

/* 障害物回避走行スレッド */
void avoidance(void const *argument){
    while(1){  
        if(mode == AVOIDANCE){        // 現在障害物回避モードなら
            pc.printf("avoidance\r\n");
            watchsurrounding();
            pc.printf("%d  %d  %d  %d  %d  \r\n",SL,SLD,SC,SRD,SR);
            
            if(flag_a == 0){                     // 障害物がない場合
                if(mode == AVOIDANCE)            // 現在障害物回避モードなら
                    run = ADVANCE;               // 前進
            }
            else{                                // 障害物がある場合                   
                i = 0;
                if(SC < 15){                     // 正面15cm以内に障害物が現れた場合
                    run = BACK;                  // 後退
                    while(watch() < limit){      // 正面20cm以内に障害物がある間
                        if(mode != AVOIDANCE){   // 現在障害物回避モードでないなら
                            break;    
                        }
                    }
                    run = STOP;                  // 停止                 
                }
                if(SC < limit && SLD < limit && SL < limit && SRD < limit && SR < limit){   // 全方向に障害物がある場合
                    run = LEFT;                  // 左折                   
                    while(i < 10){               // 進行方向確認
                        if(mode != AVOIDANCE){   // 現在障害物回避モードでないなら
                            break;    
                        }   
                        if(watch() > limit){    
                            i++;
                                         
                        }
                        else{                   
                            i = 0;              
                        }
                    }
                    run = STOP;                 // 停止
                }
                else {                          // 全方向以外                          
                    far = SC;                   // 正面を最も遠い距離に設定
                    houkou = 1;                 // 進行方向を前に設定
                    if(far < SLD || far < SL){  // 左または左前がより遠い場合
                        if(SL < SLD){           // 左前が左より遠い場合
                            far = SLD;          // 左前を最も遠い距離に設定
                        }
                        else{                   // 左が左前より遠い場合
                            far = SL;           // 左を最も遠い距離に設定
                        }
                        houkou = 2;             // 進行方向を左に設定
                    }
                    if(far < SRD || far < SR){  // 右または右前がより遠い場合
                        if(SR < SRD){           // 右前が右より遠い場合
                            far = SRD;          // 右前を最も遠い距離に設定
                        }
                        else{                   // 右が右前よりも遠い場合
                            far = SR;           // 右を最も遠い距離に設定
                        }
                        houkou = 3;             // 進行方向を右に設定
                    }
                    switch(houkou){                        // 進行方向の場合分け
                        case 1:                            // 前の場合
                            run = ADVANCE;                 // 前進
                            pc.printf("Advance\r\n");
                            ThisThread::sleep_for(1000);   // 1秒待つ
                            break;
                        case 2:                            // 左の場合
                            run = LEFT;                    // 左折
                            while(i < 10){                 // 進行方向確認
                                pc.printf("left\r\n");
                                if(mode != AVOIDANCE){     // 現在障害物回避モードでないなら
                                        break;    
                                }
                                if(watch() > (far - 2)){   // 正面の計測距離と最も遠い距離が一致したら(誤差-2cm)
                                    i++;                   // ループ+  
                                }
                                else{
                                    i = 0;
                                }
                            }
                            run = STOP;                    // 停止
                            break;
                        case 3:                            // 右の場合
                            run = RIGHT;                   // 右折
                            while(i < 10){                 // 進行方向確認
                                pc.printf("right\r\n");
                                if(mode != AVOIDANCE){     // 現在障害物回避モードでないなら
                                    break;    
                                }
                                if(watch() > (far - 2)){   // 正面の計測距離と最も遠い距離が一致したら(誤差-2cm)
                                    i++;                   // ループ+  
                                }
                                else{
                                    i = 0;
                                }
                            }
                            run = STOP;                    // 停止
                            break;
                    }
                }
            }
            pc.printf("こんにちは！\r\n");
            flag_a = 0;                   // 障害物有無フラグを0にセット
            pc.printf("                avoidance\r\n");
        }else{  
            ThisThread::sleep_for(1);     // 1ms待つ
        }
    }   
}

/* 距離計測関数 */
int watch(){
    pc.printf("watch\r\n");
    trig = 0;
    ThisThread::sleep_for(5);       // 5ms待つ
    trig = 1;
    ThisThread::sleep_for(15);      // 15ms待つ
    trig = 0;
    while(echo.read() == 0){
        led1 = 1;
        if(mode!=AVOIDANCE){        // 現在障害物回避モードでないなら
            break;    
        }
    }
    timer.start();                  // 距離計測タイマースタート
    while(echo.read() == 1){
    }
    timer.stop();                   // 距離計測タイマーストップ
    DT = (int)(timer.read_us()*0.01657);   // 距離計算
    if(DT > 100){                   // 検知範囲外なら100cmに設定
        DT = 100;
    }
    
    timer.reset();                  // 距離計測タイマーリセット
    pc.printf("私はDTである。%d\r\n",DT);
    led1 = 0;
    return DT;
}

/* 障害物検知関数 */
void watchsurrounding(){
    pc.printf("watchsurrounding\r\n");
    SC = watch();
    if(SC < limit){                 // 正面20cm以内に障害物がある場合
        if(mode == AVOIDANCE)       // 現在障害物回避モードなら
            run = STOP;             // 停止
        else
            return;          
    }
    servo.pulsewidth_us(1925);      // サーボを左に40度回転
    ThisThread::sleep_for(250);     // 250ms待つ
    SLD = watch();
    if(SLD < limit){                // 左前20cm以内に障害物がある場合
        if(mode == AVOIDANCE)       // 現在障害物回避モードなら
            run = STOP;             // 停止
        else
            return; 
    }
    servo.pulsewidth_us(2400);      // サーボを左に90度回転
    ThisThread::sleep_for(250);     // 250ms待つ
    SL = watch();
    if(SL < limit){                 // 左20cm以内に障害物がある場合
        if(mode == AVOIDANCE)       // 現在障害物回避モードなら
            run = STOP;             // 停止
        else
            return; 
    }
    servo.pulsewidth_us(1450);      // サーボを中央位置に戻す
    ThisThread::sleep_for(100);     // 100ms待つ
    servo.pulsewidth_us(925);       // サーボを右に40度回転
    ThisThread::sleep_for(250);     // 250ms待つ
    SRD = watch();
    if(SRD < limit){                // 右前20cm以内に障害物がある場合
        if(mode == AVOIDANCE)       // 現在障害物回避モードなら
            run = STOP;             // 停止
        else
            return; 
    }
    servo.pulsewidth_us(500);       // サーボを右に90度回転
    ThisThread::sleep_for(250);     // 250ms待つ
    SR = watch();
    if(SR < limit){                 // 右20cm以内に障害物がある場合
        if(mode == AVOIDANCE)       // 現在障害物回避モードなら
            run = STOP;             // 停止
        else
            return;     
    }
    servo.pulsewidth_us(1450);      // サーボを中央位置に戻す
    ThisThread::sleep_for(100);     // 100ms待つ
    if(SC < limit || SLD < limit || SL < limit || SRD < limit || SR < limit){ // 20cm以内に障害物を検知した場合
        flag_a = 1;                 // 障害物有無フラグに1をセット
    }
    pc.printf("                watchsurrounding\r\n");
}

/* ディスプレイ表示関数 */
void display(){
        mutex.lock();         // ミューテックスロック
        lcd.setAddress(0,1);
        
        /* 操作モードによる場合分け */
        switch(mode){
            /* 前進 */
            case ADVANCE:
                lcd.printf("Mode:Advance    ");
                break;
            /* 右折 */
            case RIGHT:
                lcd.printf("Mode:TurnRight  ");
                break;
            /* 左折 */
            case LEFT:
                lcd.printf("Mode:TurnLeft   ");
                break;
            /* 後退 */
            case BACK:
                lcd.printf("Mode:Back       ");
                break;
            /* 停止 */
            case STOP:
                lcd.printf("Mode:Stop       ");
                break;
            /* 待ち */
            case READY:
                lcd.printf("Mode:Ready      ");
                break;
            /* ライントレース */
            case LINE_TRACE:
                lcd.printf("Mode:LineTrace  ");
                break;
            /* 障害物回避 */
            case AVOIDANCE:
                lcd.printf("Mode:Avoidance  ");
                break;
            /* スピード制御 */
            case SPEED:
                /* スピードの状態で場合分け */
                switch(flag_sp){
                    /* 普通 */
                    case(NORMAL):
                        lcd.printf("Speed:Normal    ");
                        break;
                    /* 速い */
                    case(FAST):
                        lcd.printf("Speed:Fast      ");
                        break;
                    /* とても速い */
                    case(VERYFAST):
                        lcd.printf("Speed:VeryFast  ");
                        break;
                }
                viewTimer.reset();  // タイマーリセット
                viewTimer.start();  // タイマースタート
                break;              
        }
        mutex.unlock();     // ミューテックスアンロック
}

/* バックライト点滅 */
void lcdBacklight(void const *argument){
    if(flag_b == 1){                         // バックライト点滅フラグが1なら
        lcd.setBacklight(TextLCD::LightOn);  // バックライトON
    }else{                                   // バックライト点滅フラグが0なら
        lcd.setBacklight(TextLCD::LightOff); // バックライトOFF
    }
    flag_b = !flag_b;   // バックライト点滅フラグ切り替え
}

/* バッテリー残量更新関数 */
void bChange(){
    pc.printf("                                                                              bChange1\r\n");
    b = (int)(((battery.read() * 3.3 - MIN_V)/0.67)*10+0.5)*10;
    if(b <= 0){                      // バッテリー残量0%なら全ての機能停止
        b = 0;
        //lcd.setBacklight(TextLCD::LightOff);
        //run = STOP;
        //exit(1);                   // 電池残量が5%未満の時、LCDを消灯し、モーターを停止し、プログラムを終了する。
    }
    mutex.lock();                    // ミューテックスロック
    lcd.setAddress(0,0);
    lcd.printf("Battery:%3d%%",b);   // バッテリー残量表示
    pc.printf("                                                                              bChange2\r\n");
    mutex.unlock();                  // ミューテックスアンロック                 
    if(b <= 30){                     // バッテリー残量30%以下なら
        if(flag_t == 0){             // バックライトタイマーフラグが0なら
            bTimer.start(500);       // 0.5秒周期でバックライトタイマー割り込み
            flag_t = 1;              // バックライトタイマーフラグを1に切り替え
        }
    }else{
        if(flag_t == 1){             // バックライトタイマーフラグが1なら
            bTimer.stop();           // バックライトタイマーストップ
            lcd.setBacklight(TextLCD::LightOn); // バックライトON
            flag_t = 0;              // バックライトタイマーフラグを0に切り替え
        }
    } 
}

/* mainスレッド */
int main() {
    /* 初期設定 */
    mode = READY;           // 現在待ちモード
    beforeMode = READY;     // 前回待ちモード
    run = STOP;             // 停止
    flag_sp = NORMAL;       // スピード(普通)
    lcd.setBacklight(TextLCD::LightOn);  // バックライトON
    display();              // ディスプレイ表示
    
    while(1){
        pc.printf("                                    main1\r\n");
        bChange();          // バッテリー残量更新
        pc.printf("                                    main2\r\n");
        ThisThread::sleep_for(1); // 1ms待つ
    }
}