Subversion Repositories FlightCtrl

// ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

// + Copyright (c) 04.2007 Holger Buss

// + Nur für den privaten Gebrauch

// + www.MikroKopter.com

// ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

// + Es gilt für das gesamte Projekt (Hardware, Software, Binärfiles, Sourcecode und Dokumentation),

// + dass eine Nutzung (auch auszugsweise) nur für den privaten (nicht-kommerziellen) Gebrauch zulässig ist.

// + Sollten direkte oder indirekte kommerzielle Absichten verfolgt werden, ist mit uns (info@mikrokopter.de) Kontakt

// + bzgl. der Nutzungsbedingungen aufzunehmen.

// + Eine kommerzielle Nutzung ist z.B.Verkauf von MikroKoptern, Bestückung und Verkauf von Platinen oder Bausätzen,

// + Verkauf von Luftbildaufnahmen, usw.

// ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

// + Werden Teile des Quellcodes (mit oder ohne Modifikation) weiterverwendet oder veröffentlicht,

// + unterliegen sie auch diesen Nutzungsbedingungen und diese Nutzungsbedingungen incl. Copyright müssen dann beiliegen

// ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

// + Sollte die Software (auch auszugesweise) oder sonstige Informationen des MikroKopter-Projekts

// + auf anderen Webseiten oder sonstigen Medien veröffentlicht werden, muss unsere Webseite "http://www.mikrokopter.de"

// + eindeutig als Ursprung verlinkt werden

// ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

// + Keine Gewähr auf Fehlerfreiheit, Vollständigkeit oder Funktion

// + Benutzung auf eigene Gefahr

// + Wir übernehmen keinerlei Haftung für direkte oder indirekte Personen- oder Sachschäden

// ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

// + Die Portierung der Software (oder Teile davon) auf andere Systeme (ausser der Hardware von www.mikrokopter.de) ist nur

// + mit unserer Zustimmung zulässig

// ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

// + Die Funktion printf_P() unterliegt ihrer eigenen Lizenz und ist hiervon nicht betroffen

// ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

// + Redistributions of source code (with or without modifications) must retain the above copyright notice,

// + this list of conditions and the following disclaimer.

// +   * Neither the name of the copyright holders nor the names of contributors may be used to endorse or promote products derived

// +     from this software without specific prior written permission.

// +   * The use of this project (hardware, software, binary files, sources and documentation) is only permittet

// +     for non-commercial use (directly or indirectly)

// +     Commercial use (for excample: selling of MikroKopters, selling of PCBs, assembly, ...) is only permitted

// +     with our written permission

// +   * If sources or documentations are redistributet on other webpages, out webpage (http://www.MikroKopter.de) must be

// +     clearly linked as origin

// +   * porting to systems other than hardware from www.mikrokopter.de is not allowed

// +  THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS "AS IS"

// +  AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE

// +  IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE

// +  ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT OWNER OR CONTRIBUTORS BE

// +  LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR

// +  CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF

// +  SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS

// +  INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN// +  CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE)

// +  ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE

// +  POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.

// ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

#include <inttypes.h>

#include <stdlib.h>

#include "fc.h"

#include "ubx.h"

#include "mymath.h"

#include "timer0.h"

#include "uart0.h"

#include "rc.h"

#include "eeprom.h"

typedef enum

{

        GPS_FLIGHT_MODE_UNDEF,

        GPS_FLIGHT_MODE_FREE,

        GPS_FLIGHT_MODE_AID,

        GPS_FLIGHT_MODE_HOME,

} FlightMode_t;

#define GPS_POSINTEGRAL_LIMIT 32000

#define GPS_STICK_LIMIT         45              // limit of gps stick control to avoid critical flight attitudes

#define GPS_P_LIMIT                     25

typedef struct

{

        int32_t Longitude;

        int32_t Latitude;

        int32_t Altitude;

        Status_t Status;

} GPS_Pos_t;

// GPS coordinates for hold position

GPS_Pos_t HoldPosition  = {0,0,0,INVALID};

// GPS coordinates for home position

GPS_Pos_t HomePosition  = {0,0,0,INVALID};

// the current flight mode

FlightMode_t FlightMode = GPS_FLIGHT_MODE_UNDEF;

// ---------------------------------------------------------------------------------

void GPS_UpdateParameter(void)

{

        static FlightMode_t FlightModeOld = GPS_FLIGHT_MODE_UNDEF;

        if((RC_Quality < 100) || (MKFlags & MKFLAG_EMERGENCY_LANDING))

        {

                FlightMode = GPS_FLIGHT_MODE_FREE;

        }

        else

        {

                if     (FCParam.NaviGpsModeControl <  50) FlightMode = GPS_FLIGHT_MODE_AID;

                else if(FCParam.NaviGpsModeControl < 180) FlightMode = GPS_FLIGHT_MODE_FREE;

                else                                              FlightMode = GPS_FLIGHT_MODE_HOME;

        }

        if (FlightMode != FlightModeOld)

        {

                BeepTime = 100;

        }

        FlightModeOld = FlightMode;

}

// ---------------------------------------------------------------------------------

// This function defines a good GPS signal condition

uint8_t GPS_IsSignalOK(void)

{

        static uint8_t GPSFix = 0;

        if( (GPSInfo.status != INVALID)  && (GPSInfo.satfix == SATFIX_3D) && (GPSInfo.flags & FLAG_GPSFIXOK) && ((GPSInfo.satnum >= ParamSet.NaviGpsMinSat) || GPSFix))

        {

                GPSFix = 1;

                return(1);

        }

        else return (0);

}

// ---------------------------------------------------------------------------------

// rescale xy-vector length to  limit

uint8_t GPS_LimitXY(int32_t *x, int32_t *y, int32_t limit)

{

        uint8_t retval = 0;

        int32_t len;

        len = (int32_t)c_sqrt(*x * *x + *y * *y);

        if (len > limit)

        {

                // normalize control vector components to the limit

                *x  = (*x  * limit) / len;

                *y  = (*y  * limit) / len;

                retval = 1;

        }

        return(retval);

}

// checks nick and roll sticks for manual control

uint8_t GPS_IsManualControlled(void)

{

        if ( (abs(PPM_in[ParamSet.ChannelAssignment[CH_NICK]]) < ParamSet.NaviStickThreshold) && (abs(PPM_in[ParamSet.ChannelAssignment[CH_ROLL]]) < ParamSet.NaviStickThreshold)) return 0;

        else return 1;

}

// set given position to current gps position

uint8_t GPS_SetCurrPosition(GPS_Pos_t * pGPSPos)

{

        uint8_t retval = 0;

        if(pGPSPos == NULL) return(retval);     // bad pointer

        if(GPS_IsSignalOK())

        {       // is GPS signal condition is fine

                pGPSPos->Longitude      = GPSInfo.longitude;

                pGPSPos->Latitude       = GPSInfo.latitude;

                pGPSPos->Altitude       = GPSInfo.altitude;

                pGPSPos->Status         = NEWDATA;

                retval = 1;

        }

        else

        {       // bad GPS signal condition

                pGPSPos->Status = INVALID;

                retval = 0;

        }

        return(retval);

}

// clear position

uint8_t GPS_ClearPosition(GPS_Pos_t * pGPSPos)

{

        uint8_t retval = 0;

        if(pGPSPos == NULL) return(retval);     // bad pointer

        else

        {

                pGPSPos->Longitude      = 0;

                pGPSPos->Latitude       = 0;

                pGPSPos->Altitude       = 0;

                pGPSPos->Status         = INVALID;

                retval = 1;

        }

        return (retval);

}

// disable GPS control sticks

void GPS_Neutral(void)

{

        GPSStickNick = 0;

        GPSStickRoll = 0;

}

// calculates the GPS control stick values from the deviation to target position

// if the pointer to the target positin is NULL or is the target position invalid

// then the P part of the controller is deactivated.

void GPS_PIDController(GPS_Pos_t *pTargetPos)

{

        static int32_t PID_Nick, PID_Roll;

        int32_t coscompass, sincompass;

        int32_t GPSPosDev_North, GPSPosDev_East; // Position deviation in cm

        int32_t P_North = 0, D_North = 0, P_East = 0, D_East = 0, I_North = 0, I_East = 0;

        int32_t PID_North = 0, PID_East = 0;

        static int32_t cos_target_latitude = 1;

        static int32_t GPSPosDevIntegral_North = 0, GPSPosDevIntegral_East = 0;

        static GPS_Pos_t *pLastTargetPos = 0;

        // if GPS data and Compass are ok

        if( GPS_IsSignalOK() && (CompassHeading >= 0) )

        {

                if(pTargetPos != NULL) // if there is a target position

                {

                        if(pTargetPos->Status != INVALID) // and the position data are valid

                        {

                                // if the target data are updated or the target pointer has changed

                                if ((pTargetPos->Status != PROCESSED) || (pTargetPos != pLastTargetPos) )

                                {

                                        // reset error integral

                                        GPSPosDevIntegral_North = 0;

                                        GPSPosDevIntegral_East = 0;

                                        // recalculate latitude projection

                                        cos_target_latitude = (int32_t)c_cos_8192((int16_t)(pTargetPos->Latitude/10000000L));

                                        // remember last target pointer

                                        pLastTargetPos = pTargetPos;

                                        // mark data as processed

                                        pTargetPos->Status = PROCESSED;

                                }

                                // calculate position deviation from latitude and longitude differences

                                GPSPosDev_North = (GPSInfo.latitude - pTargetPos->Latitude); // to calculate real cm we would need *111/100 additionally

                                GPSPosDev_East  = (GPSInfo.longitude - pTargetPos->Longitude); // to calculate real cm we would need *111/100 additionally

                                // calculate latitude projection

                                GPSPosDev_East  *= cos_target_latitude;

                                GPSPosDev_East /= 8192;

                        }

                        else // no valid target position available

                        {

                                // reset error

                                GPSPosDev_North = 0;

                                GPSPosDev_East = 0;

                                // reset error integral

                                GPSPosDevIntegral_North = 0;

                                GPSPosDevIntegral_East = 0;

                        }

                }

                else // no target position available

                {

                        // reset error

                        GPSPosDev_North = 0;

                        GPSPosDev_East = 0;

                        // reset error integral

                        GPSPosDevIntegral_North = 0;

                        GPSPosDevIntegral_East = 0;

                }

                //Calculate PID-components of the controller

                // D-Part

                D_North = ((int32_t)FCParam.NaviGpsD * GPSInfo.velnorth)/512;

                D_East =  ((int32_t)FCParam.NaviGpsD * GPSInfo.veleast)/512;

                // P-Part

                P_North = ((int32_t)FCParam.NaviGpsP * GPSPosDev_North)/2048;

                P_East =  ((int32_t)FCParam.NaviGpsP * GPSPosDev_East)/2048;

                // I-Part

                I_North = ((int32_t)FCParam.NaviGpsI * GPSPosDevIntegral_North)/8192;

                I_East =  ((int32_t)FCParam.NaviGpsI * GPSPosDevIntegral_East)/8192;

                // combine P & I

                PID_North = P_North + I_North;

                PID_East  = P_East  + I_East;

                if(!GPS_LimitXY(&PID_North, &PID_East, GPS_P_LIMIT))

                {

                        GPSPosDevIntegral_North += GPSPosDev_North/16;

                        GPSPosDevIntegral_East  += GPSPosDev_East/16;

                        GPS_LimitXY(&GPSPosDevIntegral_North, &GPSPosDevIntegral_North, GPS_POSINTEGRAL_LIMIT);

                }

                // combine PI- and D-Part

                PID_North += D_North;

                PID_East  += D_East;

                // scale combination with gain.

                PID_North = (PID_North * (int32_t)FCParam.NaviGpsGain) / 100;

                PID_East  = (PID_East  * (int32_t)FCParam.NaviGpsGain) / 100;

                // GPS to nick and roll settings

                // A positive nick angle moves head downwards (flying forward).

                // A positive roll angle tilts left side downwards (flying left).

                // If compass heading is 0 the head of the copter is in north direction.

                // A positive nick angle will fly to north and a positive roll angle will fly to west.

                // In case of a positive north deviation/velocity the

                // copter should fly to south (negative nick).

                // In case of a positive east position deviation and a positive east velocity the

                // copter should fly to west (positive roll).

                // The influence of the GPSStickNick and GPSStickRoll variable is contrarily to the stick values

                // in the fc.c. Therefore a positive north deviation/velocity should result in a positive

                // GPSStickNick and a positive east deviation/velocity should result in a negative GPSStickRoll.

                coscompass = (int32_t)c_cos_8192(YawGyroHeading / GYRO_DEG_FACTOR);

                sincompass = (int32_t)c_sin_8192(YawGyroHeading / GYRO_DEG_FACTOR);

                PID_Nick =   (coscompass * PID_North + sincompass * PID_East) / 8192;

                PID_Roll  =  (sincompass * PID_North - coscompass * PID_East) / 8192;

                // limit resulting GPS control vector

                GPS_LimitXY(&PID_Nick, &PID_Roll, GPS_STICK_LIMIT);

                GPSStickNick = (int16_t)PID_Nick;

                GPSStickRoll = (int16_t)PID_Roll;

        }

        else // invalid GPS data or bad compass reading

        {

                GPS_Neutral(); // do nothing

                // reset error integral

                GPSPosDevIntegral_North = 0;

                GPSPosDevIntegral_East = 0;

        }

}

void GPS_Main(void)

{

        static uint8_t GPS_P_Delay = 0;

        static uint16_t beep_rythm = 0;

        GPS_UpdateParameter();

        // store home position if start of flight flag is set

        if(MKFlags & MKFLAG_CALIBRATE)

        {

                if(GPS_SetCurrPosition(&HomePosition)) BeepTime = 700;

        }

        switch(GPSInfo.status)

        {

        case INVALID:  // invalid gps data

                GPS_Neutral();

                if(FlightMode != GPS_FLIGHT_MODE_FREE)

                {

                        BeepTime = 100; // beep if signal is neccesary

                }

                break;

        case PROCESSED: // if gps data are already processed do nothing

                // downcount timeout

                if(GPSTimeout) GPSTimeout--;

                // if no new data arrived within timeout set current data invalid

                // and therefore disable GPS

                else

                {

                        GPS_Neutral();

                        GPSInfo.status = INVALID;

                }

                break;

        case NEWDATA: // new valid data from gps device

                // if the gps data quality is good

                beep_rythm++;

                if (GPS_IsSignalOK())

                {

                        switch(FlightMode) // check what's to do

                        {

                                case GPS_FLIGHT_MODE_FREE:

                                        // update hold position to current gps position

                                        GPS_SetCurrPosition(&HoldPosition); // can get invalid if gps signal is bad

                                        // disable gps control

                                        GPS_Neutral();

                                        break;

                                case GPS_FLIGHT_MODE_AID:

                                        if(HoldPosition.Status != INVALID)

                                        {

                                                if( GPS_IsManualControlled() ) // MK controlled by user

                                                {

                                                        // update hold point to current gps position

                                                        GPS_SetCurrPosition(&HoldPosition);

                                                        // disable gps control

                                                        GPS_Neutral();

                                                        GPS_P_Delay = 0;

                                                }

                                                else // GPS control active

                                                {

                                                        if(GPS_P_Delay < 7)

                                                        { // delayed activation of P-Part for 8 cycles (8*0.25s = 2s)

                                                                GPS_P_Delay++;

                                                                GPS_SetCurrPosition(&HoldPosition); // update hold point to current gps position

                                                                GPS_PIDController(NULL); // activates only the D-Part

                                                        }

                                                        else GPS_PIDController(&HoldPosition);// activates the P&D-Part

                                                }

                                        }

                                        else // invalid Hold Position

                                        {  // try to catch a valid hold position from gps data input

                                                GPS_SetCurrPosition(&HoldPosition);

                                                GPS_Neutral();

                                        }

                                        break;

                                case GPS_FLIGHT_MODE_HOME:

                                        if(HomePosition.Status != INVALID)

                                        {

                                                // update hold point to current gps position

                                                // to avoid a flight back if home comming is deactivated

                                                GPS_SetCurrPosition(&HoldPosition);

                                                if( GPS_IsManualControlled() ) // MK controlled by user

                                                {

                                                        GPS_Neutral();

                                                }

                                                else // GPS control active

                                                {

                                                        GPS_PIDController(&HomePosition);

                                                }

                                        }

                                        else // bad home position

                                        {

                                                BeepTime = 50; // signal invalid home position

                                                // try to hold at least the position as a fallback option

                                                if (HoldPosition.Status != INVALID)

                                                {

                                                        if( GPS_IsManualControlled() ) // MK controlled by user

                                                        {

                                                                GPS_Neutral();

                                                        }

                                                        else // GPS control active

                                                        {

                                                                GPS_PIDController(&HoldPosition);

                                                        }

                                                }

                                                else

                                                { // try to catch a valid hold position

                                                        GPS_SetCurrPosition(&HoldPosition);

                                                        GPS_Neutral();

                                                }

                                        }

                                        break; // eof TSK_HOME

                                default: // unhandled task

                                        GPS_Neutral();

                                        break; // eof default

                        } // eof switch GPS_Task

                } // eof gps data quality is good

                else // gps data quality is bad

                {       // disable gps control

                        GPS_Neutral();

                        if(FlightMode != GPS_FLIGHT_MODE_FREE)

                        {

                                // beep if signal is not sufficient

                                if(!(GPSInfo.flags & FLAG_GPSFIXOK) && !(beep_rythm % 5)) BeepTime = 100;

                                else if (GPSInfo.satnum < ParamSet.NaviGpsMinSat && !(beep_rythm % 5)) BeepTime = 10;

                        }

                }

                // set current data as processed to avoid further calculations on the same gps data

                GPSInfo.status = PROCESSED;

                break;

        } // eof GPSInfo.status

}