examples/PiFace/ladder.c

   1 /*
   2  * ladder.c:
   3  *
   4  *      Gordon Henderson, June 2012
   5  ***********************************************************************
   6  */
   7
   8 #include <stdio.h>
   9 #include <stdlib.h>
  10 #include <unistd.h>
  11 #include <math.h>
  12
  13 #include <wiringPi.h>
  14 #include <piFace.h>
  15
  16 #ifndef TRUE
  17 #  define       TRUE    (1==1)
  18 #  define       FALSE   (1==2)
  19 #endif
  20
  21 #undef  DEBUG
  22
  23 #define NUM_LEDS         8
  24
  25
  26 // Map the LEDs to the hardware pins
  27 //      using PiFace pin numbers here
  28
  29 #define PIFACE  200
  30
  31 const int ledMap [NUM_LEDS] =
  32 {
  33 //  0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
  34     200, 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207
  35 } ;
  36
  37
  38 // Some constants for our circuit simulation
  39
  40 const double vBatt      =      9.0 ;    // Volts (ie. a PP3)
  41 const double capacitor  =      0.001 ;  // 1000uF
  42 const double rCharge    =   2200.0 ;    // ohms
  43 const double rDischarge =  68000.0 ;    // ohms
  44 const double timeInc    =      0.01 ;   // Seconds
  45
  46 double vCharge, vCap, vCapLast ;
  47
  48
  49
  50 /*
  51  * setup:
  52  *      Program the GPIO correctly and initialise the lamps
  53  ***********************************************************************
  54  */
  55
  56 void setup (void)
  57 {
  58   int i ;
  59
  60   wiringPiSetupSys () ;
  61
  62   if (piFaceSetup (200) == -1)
  63     exit (1) ;
  64
  65 // Enable internal pull-ups
  66
  67   for (i = 0 ; i < 8 ; ++i)
  68     pullUpDnControl (PIFACE + i, PUD_UP) ;
  69
  70 // Calculate the actual charging voltage - standard calculation of
  71 //      vCharge = r2 / (r1 + r2) * vBatt
  72 //
  73 //
  74 //   -----+--- vBatt
  75 //        |
  76 //        R1
  77 //        |
  78 //        +---+---- vCharge
  79 //        |   |
  80 //        R2  C
  81 //        |   |
  82 //   -----+---+-----
  83
  84   vCharge = rDischarge / (rCharge + rDischarge) * vBatt ;
  85
  86 // Start with no charge
  87
  88   vCap    = vCapLast = 0.0 ;
  89 }
  90
  91
  92 /*
  93  * introLeds
  94  *      Put a little pattern on the LEDs to start with
  95  *********************************************************************************
  96  */
  97
  98 void introLeds (void)
  99 {
 100   int i, j ;
 101
 102
 103   printf ("Pi Ladder\n") ;
 104   printf ("=========\n\n") ;
 105   printf ("       vBatt: %6.2f volts\n", vBatt) ;
 106   printf ("     rCharge: %6.0f ohms\n", rCharge) ;
 107   printf ("  rDischarge: %6.0f ohms\n", rDischarge) ;
 108   printf ("     vCharge: %6.2f volts\n", vCharge) ;
 109   printf ("   capacitor: %6.0f uF\n", capacitor * 1000.0) ;
 110
 111 // Flash 3 times:
 112
 113   for (j = 0 ; j < 3 ; ++j)
 114   {
 115     for (i = 0 ; i < NUM_LEDS ; ++i)
 116       digitalWrite (ledMap [i], 1) ;
 117     delay (500) ;
 118     for (i = 0 ; i < NUM_LEDS ; ++i)
 119       digitalWrite (ledMap [i], 0) ;
 120     delay (100) ;
 121   }
 122
 123 // All On
 124
 125   for (i = 0 ; i < NUM_LEDS ; ++i)
 126     digitalWrite (ledMap [i], 1) ;
 127   delay (500) ;
 128
 129 // Countdown...
 130
 131   for (i = NUM_LEDS - 1 ; i >= 0 ; --i)
 132   {
 133     digitalWrite (ledMap [i], 0) ;
 134     delay (100) ;
 135   }
 136   delay (500) ;
 137 }
 138
 139
 140 /*
 141  * winningLeds
 142  *      Put a little pattern on the LEDs to start with
 143  *********************************************************************************
 144  */
 145
 146 void winningLeds (void)
 147 {
 148   int i, j ;
 149
 150 // Flash 3 times:
 151
 152   for (j = 0 ; j < 3 ; ++j)
 153   {
 154     for (i = 0 ; i < NUM_LEDS ; ++i)
 155       digitalWrite (ledMap [i], 1) ;
 156     delay (500) ;
 157     for (i = 0 ; i < NUM_LEDS ; ++i)
 158       digitalWrite (ledMap [i], 0) ;
 159     delay (100) ;
 160   }
 161
 162 // All On
 163
 164   for (i = 0 ; i < NUM_LEDS ; ++i)
 165     digitalWrite (ledMap [i], 1) ;
 166   delay (500) ;
 167
 168 // Countup...
 169
 170   for (i = 0 ; i < NUM_LEDS ; ++i)
 171   {
 172     digitalWrite (ledMap [i], 0) ;
 173     delay (100) ;
 174   }
 175   delay (500) ;
 176 }
 177
 178
 179 /*
 180  * chargeCapacitor: dischargeCapacitor:
 181  *      Add or remove charge to the capacitor.
 182  *      Standard capacitor formulae.
 183  *********************************************************************************
 184  */
 185
 186 void chargeCapacitor (void)
 187 {
 188   vCap = (vCapLast - vCharge) *
 189         exp (- timeInc / (rCharge * capacitor)) + vCharge ;
 190
 191 #ifdef  DEBUG
 192   printf ("+vCap: %7.4f\n", vCap) ;
 193 #endif
 194
 195   vCapLast = vCap ;
 196 }
 197
 198 void dischargeCapacitor (void)
 199 {
 200   vCap = vCapLast *
 201         exp (- timeInc / (rDischarge * capacitor)) ;
 202
 203 #ifdef  DEBUG
 204   printf ("-vCap: %7.4f\n", vCap) ;
 205 #endif
 206
 207   vCapLast = vCap ;
 208 }
 209
 210
 211 /*
 212  * ledBargraph:
 213  *      Output the supplied number as a bargraph on the LEDs
 214  *********************************************************************************
 215  */
 216
 217 void ledBargraph (double value, int topLedOn)
 218 {
 219   int topLed = (int)floor (value / vCharge * (double)NUM_LEDS) + 1 ;
 220   int i ;
 221
 222   if (topLed > NUM_LEDS)
 223     topLed = NUM_LEDS ;
 224
 225   if (!topLedOn)
 226     --topLed ;
 227
 228   for (i = 0 ; i < topLed ; ++i)
 229     digitalWrite (ledMap [i], 1) ;
 230
 231   for (i = topLed ; i < NUM_LEDS ; ++i)
 232     digitalWrite (ledMap [i], 0) ;
 233 }
 234
 235
 236 /*
 237  * ledOnAction:
 238  *      Make sure the leading LED is on and check the button
 239  *********************************************************************************
 240  */
 241
 242 void ledOnAction (void)
 243 {
 244   if (digitalRead (PIFACE) == LOW)
 245   {
 246     chargeCapacitor () ;
 247     ledBargraph (vCap, TRUE) ;
 248   }
 249 }
 250
 251
 252 /*
 253  * ledOffAction:
 254  *      Make sure the leading LED is off and check the button
 255  *********************************************************************************
 256  */
 257
 258 void ledOffAction (void)
 259 {
 260   dischargeCapacitor () ;
 261
 262 // Are we still pushing the button?
 263
 264   if (digitalRead (PIFACE) == LOW)
 265   {
 266     vCap = vCapLast = 0.0 ;
 267     ledBargraph (vCap, FALSE) ;
 268
 269 // Wait until we release the button
 270
 271     while (digitalRead (PIFACE) == LOW)
 272       delay (10) ;
 273   }
 274 }
 275
 276
 277 /*
 278  ***********************************************************************
 279  * The main program
 280  ***********************************************************************
 281  */
 282
 283 int main (void)
 284 {
 285   unsigned int then, ledOnTime, ledOffTime ;
 286   unsigned int ourDelay = (int)(1000.0 * timeInc) ;
 287
 288   setup     () ;
 289   introLeds () ;
 290
 291 // Setup the LED times - TODO reduce the ON time as the game progresses
 292
 293   ledOnTime  = 1000 ;
 294   ledOffTime = 1000 ;
 295
 296 // This is our Gate/Squarewave loop
 297
 298   for (;;)
 299   {
 300
 301 // LED ON:
 302
 303     (void)ledBargraph (vCap, TRUE) ;
 304     then = millis () + ledOnTime ;
 305     while (millis () < then)
 306     {
 307       ledOnAction () ;
 308       delay       (ourDelay) ;
 309     }
 310
 311 // Have we won yet?
 312 //      We need vCap to be in the top NUM_LEDS of the vCharge
 313
 314     if (vCap > ((double)(NUM_LEDS - 1) / (double)NUM_LEDS * vCharge))   // Woo hoo!
 315     {
 316       winningLeds () ;
 317       while (digitalRead (PIFACE) == HIGH)
 318         delay (10) ;
 319       while (digitalRead (PIFACE) == LOW)
 320         delay (10) ;
 321       vCap = vCapLast = 0.0 ;
 322     }
 323
 324 // LED OFF:
 325
 326     (void)ledBargraph (vCap, FALSE) ;
 327     then = millis () + ledOffTime ;
 328     while (millis () < then)
 329     {
 330       ledOffAction () ;
 331       delay        (ourDelay) ;
 332     }
 333
 334   }
 335
 336   return 0 ;
 337 }