#include <Wire.h> //Arduino Nano; SDA = A4, SCL = A5
#include <SPI.h>


//Variables for the PT100 boards
double resistance;
uint8_t reg1, reg2; //reg1 holds MSB, reg2 holds LSB for RTD
uint16_t fullreg; //fullreg holds the combined reg1 and reg2
double temperature;
//Variables and parameters for the R - T conversion
double Z1, Z2, Z3, Z4, Rt;
double RTDa = 3.9083e-3;
double RTDb = -5.775e-7;
double rpoly = 0;

//--Display---------------------------------------------
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>

#define SCREEN_ADDRESS 0x3C
#define SCREEN_WIDTH 128 // OLED display width, in pixels
#define SCREEN_HEIGHT 64 // OLED display height, in pixels
#define OLED_RESET     -1 // Reset pin 
Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, OLED_RESET);

// Adafruit_MAX31865 chip select
//SCK => SCK //Arduino 13
//MISO => SDO //Arduino 12
//MOSI => SDI //Arduino 11
//CS => CS //Arduino 10
const int chipSelectPin = 10;

//--MOSFET---------------------------------------------
// Pins für PWM-Ausgang und MOSFET
#define PWM_PIN 3
#define MOSFET_PIN 2

//--PID-Regler---------------------------------------------
#include <PID_v1.h>

// Variablen für PID-Regler
double Kp = 10; // Proportionaler Faktor
double Ki = 0.1; // Integraler Faktor
double Kd = 0; // Differenzierender Faktor
double setpoint = 20; // Sollwert der Temperatur in Grad Celsius
double temp = 0; // Istwert der Temperatur in Grad Celsius
double output = 0; // Ausgangswert für den PWM-Ausgang
bool enabled = true; // Status des PID-Reglers (ein oder aus)
//bool sendToPlotter = true; // Status des Plotter (ein oder aus)

// Objekt für PID-Regler mit den Variablen als Parameter
PID pid(&temp, &output, &setpoint, Kp, Ki, Kd, DIRECT);

void setup()
{
  SPI.begin();
  Serial.begin(115200); //Serielle Kommunikation starten

  pinMode(chipSelectPin, OUTPUT); //weil CS manuell geschaltet wird

  display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, SCREEN_ADDRESS);
  display.setTextColor(SSD1306_WHITE);
  display.clearDisplay();
  display.setTextSize(2);
  display.setCursor(5, 15);    // Start in der linken oberen Ecke
  display.print("temp.");
  display.setCursor(5, 40);    // Start in der linken oberen Ecke
  display.print("controller");
  display.display();
  delay(3000);
}

void loop()
{
  readRegister();
  convertToTemperature();
  printDisplay();
  pidCompute();
  readSerialCommand();
  delay(200);
}

void printDisplay()
{
  display.clearDisplay();     // Löschung der Anzeige
  display.setTextColor(SSD1306_WHITE);
  display.setCursor(5, 0);
  display.setTextSize(1);
  display.print("temperature: ");
  display.setTextSize(2);
  display.setCursor(10, 10);
  display.print(temperature);
  display.setCursor(115, 10);
  //display.print(" ");
  display.cp437(true);
  display.setTextSize(1);
  display.write(167);
  display.setTextSize(2);
  display.print("C");
  display.setTextSize(1);
  display.setCursor(0, 35);
  display.print("setpoint: ");
  display.setTextSize(2);
  display.setCursor(10, 45);
  display.print(setpoint);
  display.setCursor(110, 45);
  //display.print(" ");
  display.cp437(true);
  display.setTextSize(1);
  display.write(167);
  display.setTextSize(2);
  display.print("C");
  display.display();
}

void convertToTemperature()
{
  Rt = resistance;
  Rt /= 32768;
  Rt *= 430; //Dies ist nun der tatsächliche Widerstand in Ohm

  Z1 = -RTDa;
  Z2 = RTDa * RTDa - (4 * RTDb);
  Z3 = (4 * RTDb) / 100;
  Z4 = 2 * RTDb;

  temperature = Z2 + (Z3 * Rt);
  temperature = (sqrt(temperature) + Z1) / Z4;

  if (temperature >= 0)
  {
    Serial.print("Temperature_of_PT100:");
    Serial.println(temperature); //Temperatur in Grad Celsius
    return; //exit
  }
  else
  {
    Rt /= 100;
    Rt *= 100; // auf 100 Ohm normalisieren

    rpoly = Rt;

    temperature = -242.02;
    temperature += 2.2228 * rpoly;
    rpoly *= Rt; // square
    temperature += 2.5859e-3 * rpoly;
    rpoly *= Rt; // ^3
    temperature -= 4.8260e-6 * rpoly;
    rpoly *= Rt; // ^4
    temperature -= 2.8183e-8 * rpoly;
    rpoly *= Rt; // ^5
    temperature += 1.5243e-10 * rpoly;

    Serial.print("Temperature_of_PT100:");
    Serial.println(temperature); //Temperatur in Grad Celsius
  }
  //Anmerkung: alle Formeln sind in der AN-709 Application Note von Analog Devices zu finden
  // https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/AN709_0.pdf
}


void readRegister()
{
  SPI.beginTransaction(SPISettings(500000, MSBFIRST, SPI_MODE1));
  digitalWrite(chipSelectPin, LOW);

  SPI.transfer(0x80); //80h = 128 - config register
  SPI.transfer(0xB0); //B0h = 176 - 10110000: bias ON, 1-shot, start 1-shot, 3-wire, rest are 0
  digitalWrite(chipSelectPin, HIGH);

  digitalWrite(chipSelectPin, LOW);
  SPI.transfer(1);
  reg1 = SPI.transfer(0xFF);
  reg2 = SPI.transfer(0xFF);
  digitalWrite(chipSelectPin, HIGH);

  fullreg = reg1; //MSB lesen
  fullreg <<= 8;  //Verschiebung zum MSB-Teil
  fullreg |= reg2; //LSB lesen und mit MSB kombinieren
  fullreg >>= 1; //D0 herausschieben.
  resistance = fullreg; //Übertrage diesen Wert an die Widerstandsvariable
  //Hinweis: Dies ist noch nicht der Widerstand des RTD!

  digitalWrite(chipSelectPin, LOW);

  SPI.transfer(0x80); //80h = 128
  SPI.transfer(144); //144 = 10010000
  SPI.endTransaction();
  digitalWrite(chipSelectPin, HIGH);
}

void pidCompute()
{
  // PID-Regelung durchführen, wenn eingeschaltet
  if (enabled)
  {
    // PID-Berechnung aufrufen (automatisch)
    pid.Compute();

    // Ausgang begrenzen zwischen 0 und 300
    output = constrain(output, 0, 300);
    
    // PWM-Ausgang und MOSFET ansteuern
    analogWrite(PWM_PIN, output);
    digitalWrite(MOSFET_PIN, output > 0);
  }
  else
  {
    // Ausgang auf 0 setzen, wenn ausgeschaltet
    output = 0;
    
    // PWM-Ausgang und MOSFET ausschalten
    analogWrite(PWM_PIN, output);
    digitalWrite(MOSFET_PIN, output > 0);

    // Display löschen
    display.clearDisplay();

    // Text anzeigen
    display.setTextSize(1);
    display.setCursor(0,10); // Position festlegen
    display.println("PID controller disabled");

    // Display aktualisieren
    display.display();
    delay(5000);
  }

  // Eine Sekunde warten
  delay(1000);

}

void readSerialCommand()
{
  unsigned long startTime = millis(); // Startzeit speichern
  while (Serial.available() == 0)
  {
    // Warten auf serielle Daten
    if (millis() - startTime > 5000) // Timeout nach 5 Sekunden
    {
      Serial.println("Timeout: Keine seriellen Daten empfangen.");
      return; // Schleife verlassen
    }
  }
 
  String command = Serial.readStringUntil('\n');
  command.trim(); // Leerzeichen und Zeilenumbrüche entfernen
  
  // Befehl auswerten...
  if (command.startsWith("set:"))
  {
    // Sollwert der Temperatur ändern
    double newSetpoint = command.substring(4).toDouble();
    if (newSetpoint >= 0 && newSetpoint <= 300)
    {
      setpoint = newSetpoint;
      Serial.print("Setpoint geändert auf ");
      Serial.println(setpoint);
    }
    else
    {
      Serial.println("Fehler: Setpoint außerhalb des gültigen Bereichs (0-300)");
    }
  }
  /*
    else if (command.startsWith("pid:"))
    {
      // PID-Regler ein- oder ausschalten
      String pidCommand = command.substring(4);
      if (pidCommand.equals("on"))
      {
        enabled = true;
        pid.SetMode(AUTOMATIC);
        Serial.println("PID-Regler aktiviert");
      }
      else if (pidCommand.equals("off"))
      {
        enabled = false;
        pid.SetMode(MANUAL);
        Serial.println("PID-Regler deaktiviert");
      }
      else
      {
        Serial.println("Ungültiger PID-Befehl");
      }
    }
    else
    {
      Serial.println("Ungültiger Befehl");
    }
    // Hier den Rest des Codes ausführen (ohne rekursiven Aufruf) */
}

  



/*
void readSerialCommand()
{
  // Serielle Kommunikation überprüfen
  if (Serial.available() > 7)
  {
    // Befehl von der seriellen Schnittstelle lesen
    
    String command;
    command = Serial.readStringUntil('\n');
    command.trim(); // Leerzeichen und Zeilenumbrüche entfernen
    
    // Befehl auswerten
    if (command.startsWith("set:"))
    {
      // Sollwert der Temperatur ändern
      double newSetpoint = command.substring(4).toDouble();
      if (newSetpoint >= 0 && newSetpoint <= 300)
      {
        //setpoint = newSetpoint;
        Serial.print("Setpoint geändert auf ");
        Serial.println(setpoint);
      }
      else
      {
        Serial.println("Fehler: Setpoint außerhalb des gültigen Bereichs (0-300)");
      }
    }
    else if (command.startsWith("pid:"))
    {
      // PID-Regler einschalten oder ausschalten
      String pidCommand = command.substring(4);
      if (pidCommand.equals("on"))
      {
        enabled = true;
        pid.SetMode(AUTOMATIC);
        Serial.println("PID-Regler aktiviert");
      }
      else if (pidCommand.equals("off"))
      {
        enabled = false;
        pid.SetMode(MANUAL);
        Serial.println("PID-Regler deaktiviert");
      }
      else
      {
        Serial.println("Ungültiger PID-Befehl");
      }
    }
    else
    {
      // Ungültiger Befehl
      Serial.println("Ungültiger Befehl");
    }
  }
  else
  {
    loop();
  }
  delay(1000);
}
*/