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/MissionCockpit/branches/V0.2.0_EN/track.pl
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#!/usr/bin/perl
#!/usr/bin/perl -d:ptkdb
 
###############################################################################
#
# mktrack.pl - Tracking Antenne
#
# Copyright (C) 2009 Rainer Walther (rainerwalther-mail@web.de)
#
# Creative Commons Lizenz mit den Zusaetzen (by, nc, sa)
#
# Es ist Ihnen gestattet:
# * das Werk vervielfältigen, verbreiten und öffentlich zugänglich machen
# * Abwandlungen bzw. Bearbeitungen des Inhaltes anfertigen
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#
# Im Falle einer Verbreitung müssen Sie anderen die Lizenzbedingungen, unter welche dieses
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#
# Jede der vorgenannten Bedingungen kann aufgehoben werden, sofern Sie die Einwilligung
# des Rechteinhabers dazu erhalten.
#
# Diese Lizenz lässt die Urheberpersönlichkeitsrechte unberührt.
#
# Weitere Details zur Lizenzbestimmung gibt es hier:
# Kurzform: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/de/
# Komplett: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/de/legalcode
#
###############################################################################
# 2009-02-14 0.0.1 rw created
# 2009-04-01 0.1.0 rw RC1
#
###############################################################################
 
$Version{'track.pl'} = "0.1.0 - 2009-04-01";
 
# Packages
use Time::HiRes qw(usleep gettimeofday); # http://search.cpan.org/~jhi/Time-HiRes-1.9719/HiRes.pm
use threads;
use threads::shared;
use Math::Trig;
use Geo::Ellipsoid; # http://search.cpan.org/dist/Geo-Ellipsoid-1.12/lib/Geo/Ellipsoid.pm
# http://www.kompf.de/gps/distcalc.html
# http://www.herrmann-w.de/Geocaching/Downloads/Richt.XLS
# http://williams.best.vwh.net/avform.htm
# http://williams.best.vwh.net/gccalc.html
# http://de.wikipedia.org/wiki/Orthodrome
if ( $^O =~ /Win32/i )
{
require Win32::SerialPort; # http://search.cpan.org/dist/Win32-SerialPort
}
else
{
require Device::SerialPort; # http://search.cpan.org/~cook/Device-SerialPort-1.04/SerialPort.pm
}
 
require "mkcomm.pl"; # MK communication
 
# Sharing for Threads
share (@ServoPos);
share (%MkTrack);
 
#
# Parameter
#
 
# System Timer
$SysTimerResolution = 1000; # Resolution in us
 
# Com Port for Pololu Mikro-Servoboard
# http://www.shop.robotikhardware.de/shop/catalog/product_info.php?cPath=65&products_id=118
if ( ! defined $Cfg->{'track'}->{'Port'} )
{
# set default port
$Cfg->{'track'}->{'Port'} = "COM8";
}
 
# Servo parameter
$ServoPan = 0; # Servo channel Pan
$ServoTilt = 1; # Servo channel Tilt
$MkTrack{'ServoPan'} = $ServoPan;
$MkTrack{'ServoTilt'} = $ServoTilt;
@ServoSpeed = (100/40, 100/40, 100/40, 100/40, 100/40, 100/40, 100/40, 100/40); # ms/degree
$ServoConstPpm = 20; # PPM protocol overhead in ms
 
@ServoTest = ( [ 45, 45 ], # Pan, Tilt in degrees for servo test
[ 0, 0 ],
[ 45, 45 ],
[ 90, 90 ],
[ 135, 45 ],
[ 180, 0 ],
[ 135, 45 ],
[ 90, 90 ] );
 
# Tracking
$TrackInterval = 100; # in ms
#
# Logging
#
sub Log()
{
my ($Message, $Level) = @_;
 
if ( $LogOn )
{
print ("$SysTimerCount_ms: $Message\n");
}
}
#
# Timer
#
sub SetTimer_ms()
{
return $SysTimerCount_ms + $_[0];
}
 
sub CheckTimer_ms()
{
my $Diff = $_[0] - $SysTimerCount_ms;
return ($Diff <= 0);
}
#
# Servo
#
sub ServoInit()
{
# open COM-Port
my $ComPort = $Cfg->{'track'}->{'Port'};
undef $ServoPort;
if ( $^O =~ m/Win32/ )
{
$ServoPort = Win32::SerialPort->new ($ComPort) || die "Error open $ComPort\n";
}
else
{
$ServoPort = Device::SerialPort->new ($ComPort) || die "Error open $ComPort\n";
}
# Set COM parameters
$ServoPort->baudrate(38400);
$ServoPort->parity("none");
$ServoPort->databits(8);
$ServoPort->stopbits(1);
$ServoPort->handshake('none');
$ServoPort->write_settings;
# Byte 1: sync - Pololu Mode
# Byte 2: device
# Byte 3: command
# Byte 4: Servo num
# Byte 5: data
# Bit 6: Servo on/off
# Bit 5: Direction
# Bit 4-0: Servo Range
my $Output = pack('C*', 0x80, 0x01, 0x00, 0, 0x60 | 27 );
$ServoPort->write($Output);
 
@ServoStartTime = (0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0); # Timestamp of last ServoMove() call
@ServoEndTime = (0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0); # Timestamp of estimated arrival at end position
@ServoPos = (0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0); # Current servo position 0..180 degree
}
 
sub ServoMove()
{
my ($Num, $Angel, $Time) = @_;
 
my $Overhead = 0;
 
if ( $Angel != $ServoPos[$Num] )
{
if ( $Angel < 0) {$Angel = 0;}
if ( $Angel > 180) {$Angel = 180;}
my $Pos = $Angel * 127/180; # angel 0..180 degree to servo position 0..127
 
# output to COM port
# Byte 1: sync - Pololu Mode
# Byte 2: device
# Byte 3: command
# Byte 4: Servo num
# Byte 5: servo position 0..127
 
my $Output = pack('C*', 0x80, 0x01, 0x02, $Num, $Pos );
$ServoPort->write($Output);
$Overhead += $ServoConstPpm; # PPM protocol overhead
}
 
# set timer stuff for travel time predicion
my $LastAngel = $ServoPos[$Num];
my $EstimatedTime = abs($Angel - $LastAngel) * $ServoSpeed[$Num] + $Overhead;
if ( $Time > 0 )
{
# Parameter override
$EstimatedTime = $Time;
}
$ServoStartTime[$Num] = $SysTimerCount_ms;
$ServoEndTime[$Num] = $SysTimerCount_ms + $EstimatedTime;
$ServoPos[$Num] = $Angel;
 
&Log ("ServoMove: Num: $Num : LastPos: $LastAngel NewPos: $Angel Estimated: $EstimatedTime ms");
 
return $ServoEndTime[$Num];
}
 
 
# Check, if servo has reached end position
sub ServoCheck()
{
my $Num = $_[0];
return &CheckTimer_ms($ServoEndTime[$Num]);
}
 
 
sub ServoClose()
{
# close COM-Port
undef $ServoPort;
}
 
#
# Signal handler
#
 
$SIG{'INT'} = 'SigHandler';
$SIG{'KILL'} = 'SigHandler';
 
sub SigHandler()
{
# move all Servo to neutral position
&ServoMove ($ServoPan, 90);
&ServoMove ($ServoTilt, 90);
&ServoClose();
 
if ( defined threads->self() )
{
threads->exit();
}
exit;
}
 
 
#
# Track it
#
 
sub TrackAntennaGps()
{
 
#
# State maschine
#
 
my $State = "ColdStart";
while (1)
{
if ( $State eq "ColdStart" )
{
&ServoInit();
 
# initialize system-timer
$SysTimerCount_ms = 0;
$SysTimerError = 0;
($t0_s, $t0_us) = gettimeofday;
 
$ServoTestIndex = 0;
 
$State = "InitServoTest";
}
#
# Start servo test
# doesn't really make much sense, but looks cool:-)
#
elsif ( $State eq "InitServoTest")
{
if ( &ServoCheck ($ServoPan) and &ServoCheck ($ServoTilt) )
{
 
my $PanPos = $ServoTest[$ServoTestIndex][0];
my $TiltPos = $ServoTest[$ServoTestIndex][1];
$ServoTestIndex ++;
if ( defined $PanPos and defined $TiltPos )
{
&ServoMove ($ServoPan, $PanPos, 1000); # override 1s travel time
&ServoMove ($ServoTilt, $TiltPos, 1000); # override 1s travel time
}
else
{
# complete
$ServoTestIndex = 0;
$State = "WaitGps";
}
}
}
#
# Servo test finisched
#
# Wait for GPS Home position and compass
#
elsif ( $State eq "WaitGps" )
{
if ( &ServoCheck ($ServoPan) )
{
if ( $MkOsd{'_Timestamp'} >= time-2 and
$MkOsd{'SatsInUse'} >= 6 )
{
# gültige OSD daten vom MK und guter Satellitenempfang
 
# take GPS and compass from MK as antenna home-position
$MkTrack{'HomePos_Lon'} = $MkOsd{'HomePos_Lon'};
$MkTrack{'HomePos_Lat'} = $MkOsd{'HomePos_Lat'};
$MkTrack{'HomePos_Alt'} = $MkOsd{'HomePos_Alt'};
if ( $MkTrack{'CompassHeading'} eq "" )
{
# nur beim ersten mal
$MkTrack{'CompassHeading'} = $MkOsd{'CompassHeading'};
}
$TrackTimer = &SetTimer_ms($TrackInterval);
$State = "TrackGps";
}
}
}
#
# GPS Fix Home position
# Track now
#
elsif ( $State eq "TrackGps" )
{
if ( &CheckTimer_ms($TrackTimer) and &ServoCheck($ServoPan) )
{
$TrackTimer = &SetTimer_ms($TrackInterval); # reload Timer
if ( $MkOsd{'_Timestamp'} >= time -2 and
$MkOsd{'SatsInUse'} >= 4 )
{
# valid OSD data from the MK and sufficient satellites
lock (%MkOsd); # until end of block
lock (%MkTrack);
my $Track_Geo = Geo::Ellipsoid->new( 'units' => 'degrees',
'distance_units' => 'meter',
'ellipsoid' => 'WGS84',
);
 
my ($Dist, $Bearing) = $Track_Geo->to($MkTrack{'HomePos_Lat'}, $MkTrack{'HomePos_Lon'},
$MkOsd{'CurPos_Lat'}, $MkOsd{'CurPos_Lon'});
my $Dir_h = $MkTrack{'CompassHeading'};
my $Dir_c = $MkOsd{'CompassHeading'};
if ( $Dist < 2 ) # meter
{
# Too close to Home-Position. Set antenna to middle position
$Bearing = $Dir_h + 90;
}
 
$MkTrack{'Bearing'} = sprintf ("%d", $Bearing);
$MkTrack{'Dist'} = sprintf ("%d", $Dist);
$MkTrack{'CurPos_Lon'} = $MkOsd{'CurPos_Lon'};
$MkTrack{'CurPos_Lat'} = $MkOsd{'CurPos_Lat'};
$MkTrack{'CurPos_Alt'} = $MkOsd{'CurPos_Alt'};
 
my $AngelPan = $Bearing - $Dir_h + 90; # antenna direction: 0..180 degree, centre = 90
while ( $AngelPan >= 360 )
{
$AngelPan -= 360;
}
 
$MkTrack{'AngelPan'} = $AngelPan;
&ServoMove ($ServoPan, $AngelPan);
# determine tilt angle
my $AngelTilt = rad2deg(atan2(($MkOsd{'CurPos_Alt'} - $MkTrack{'HomePos_Alt'}), $Dist)) + 90; # antenna direction: 0..180 degree, center = 90
#if ( $AngelTilt < 90 ) { $AngelTilt = 90; }
$MkTrack{'AngelTilt'} = $AngelTilt;
&ServoMove ($ServoTilt, $AngelTilt);
 
# Timestamp, wann der Datensatz geschtieben wurde
$MkTrack{'_Timestamp'} = time;
}
}
}
 
else
{
# Restart
&Log ("WARNING: Error in state machine - $State - ColdStart");
 
$State = "ColdStart";
}
 
#
# update system-timer
#
($t1_s, $t1_us) = gettimeofday;
$SysTimerSleep_us = ($t0_s - $t1_s) * 1000000 + $t0_us - $t1_us + $SysTimerCount_ms * $SysTimerResolution;
 
#&Log ("SysTimerSleep_us: $SysTimerSleep_us");
 
if ($SysTimerSleep_us > 0)
{
usleep ($SysTimerSleep_us);
}
else
{
$SysTimerError ++;
}
 
$SysTimerCount_ms ++;
}
}
 
 
#
# Main Program
#
 
if ( $0 =~ /track.pl$/i )
{
# Program wurde direkt aufgerufen
# Kommunikation zum MK herstellen
# Input: %MkOsd, %MkTarget, %MkNcDebug
# Ouput: Thread-Queue: $MkSendQueue
$mk_thr = threads->create (\&MkCommLoop) -> detach();
 
&TrackAntennaGps();
 
# should never exit
}
 
1;
 
__END__