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

#define Ts 0.01                                                       //periodo de amostragem
#define Pi 3.14159265

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

int16_t phi0_int = 0, phi1_int = 0;                                   // Variáveis convertida para inteiro para ser 
                                                                      // transmitida via serial (economia de banda)

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 c/ filtro
double th1_f = 0;                                                     // th1 -> Ângulo do pêndulo c/ filtro
double dth0_f = 0;                                                    // dth0 -> Velocidade do braço c/ filtro
double dth1_f = 0;                                                    // dth1 -> Velocidade do pêndulo c/ filtro

int16_t th0_f_int = 0, th1_f_int = 0;                                 // Variável convertida para inteiro para ser 
int16_t dth0_f_int = 0, dth1_f_int = 0, u_int = 0;                    // transmitida via serial (economia de banda)


double tau = 5e-2;                                                    // Cte de tempo do FPB

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 K[4] = {0.0, 0.0, 0.0, 0.0};
                                                                                
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
                
                // As variáveis serão multiplicadas por 1000 e convertidas para inteiro
                // antes de serem trasmitidas. Ao receber, deve-se dividir por 1000 antes
                // de fazer o plot. OBS: a precisão no gráfico será de 3 casas decimais
                th0_f_int = th0_f*1000;
                th1_f_int = th1_f*1000;
                dth0_f_int = dth0_f*1000;
                dth1_f_int = dth1_f*1000;
                u_int = u*1000;
                
                PlotCount = 0;
                
                pc.printf("%d \t %d \t %d \t %d \t %d\n\r", th0_f_int, th1_f_int, dth0_f_int, dth1_f_int, u_int);
                
                 
            }
            
            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=-(K[0]*th0_f + K[1]*th1_f + K[2]*dth0_f + K[3]*dth1_f);

    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
    
    // 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;
    
}