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 example: 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 "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 (dynamicParams.NaviGpsModeControl < 50)

                        FlightMode = GPS_FLIGHT_MODE_AID;

                else if (dynamicParams.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

                        >= staticParams.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[staticParams.ChannelAssignment[CH_NICK]])

                        < staticParams.NaviStickThreshold)

                        && (abs(PPM_in[staticParams.ChannelAssignment[CH_ROLL]])

                                        < staticParams.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) dynamicParams.NaviGpsD * GPSInfo.velnorth) / 512;

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

                // P-Part

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

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

                // I-Part

                I_North = ((int32_t) dynamicParams.NaviGpsI * GPSPosDevIntegral_North)

                                / 8192;

                I_East = ((int32_t) dynamicParams.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_East,

                                        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) dynamicParams.NaviGpsGain) / 100;

                PID_East = (PID_East * (int32_t) dynamicParams.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 flight.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 < staticParams.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

}