#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
#include <Stepper.h>
#include <DHT.h>

#define rlight 4        // LED pin
#define dht_pin 5       // DHT22 pin
#define mq2_do 1        // MQ2 Digital Output pin
#define mq2_ao A1       // MQ2 Analog Output pin

// Konstanta untuk konfigurasi
#define stepsPerRevolution 2048  // Jumlah langkah per revolusi motor

// Inisialisasi objek
Stepper myStepper(stepsPerRevolution, 8, 9, 10, 11);
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);
DHT dht22(dht_pin, DHT22);      // Menggunakan DHT22

// Kecerahan LED
const int LED_LOW = 50;     // PWM value untuk kecerahan rendah
const int LED_MEDIUM = 150; // PWM value untuk kecerahan sedang
const int LED_HIGH = 255;   // PWM value untuk kecerahan tinggi

// Kecepatan motor
const int MOTOR_RPM_MIN = 10; // Misal batas minimal RPM motor
const int MOTOR_RPM_MAX = 60; // Batas maksimal RPM motor

// Variabel untuk fuzzy logic
// Range untuk suhu (Celsius)
const float TEMP_LOW_MAX = 30.0;
const float TEMP_MEDIUM_MIN = 28.0;
const float TEMP_MEDIUM_MAX = 42.0;
const float TEMP_HIGH_MIN = 40.0;

// Range untuk gas (nilai analog)
const int GAS_LOW_MAX = 120;
const int GAS_MEDIUM_MIN = 118;
const int GAS_MEDIUM_MAX = 402;
const int GAS_HIGH_MIN = 400;

// Struktur untuk menyimpan hasil fuzzy inference
// PENTING: Mendefinisikan struktur SEBELUM fungsi yang menggunakannya
struct FuzzyOutput {
  float dangerLevel;    // Tingkat bahaya (0.0-1.0)
  int ledBrightness;    // Kecerahan LED (0-255)
  int motorSpeed;       // Kecepatan motor (RPM)
  String statusMessage; // Pesan status
};

void setup() {
  // Inisialisasi serial monitor
  Serial.begin(9600);
  
  // Inisialisasi LCD
  lcd.init();
  lcd.backlight();
  lcd.clear();
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("Fuzzy System");
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print("Initializing...");
  
  // Set pin mode
  pinMode(rlight, OUTPUT);       // LED sebagai output (menggunakan PWM)
  pinMode(mq2_do, INPUT);        // MQ2 digital sebagai input
  pinMode(mq2_ao, INPUT);        // MQ2 analog sebagai input
  
  // Inisialisasi sensor DHT22
  dht22.begin();
  
  // Tunda sebentar untuk stabilisasi sensor
  delay(2000);
  lcd.clear();
}

// Fungsi keanggotaan fuzzy untuk suhu
float tempLowMembership(float temp) {
  if (temp <= TEMP_LOW_MAX - 2) return 1.0;
  if (temp >= TEMP_LOW_MAX) return 0.0;
  return (TEMP_LOW_MAX - temp) / 2.0;
}

float tempMediumMembership(float temp) {
  if (temp <= TEMP_MEDIUM_MIN) return 0.0;
  if (temp >= TEMP_MEDIUM_MIN && temp <= (TEMP_MEDIUM_MIN + TEMP_MEDIUM_MAX)/2) 
    return (temp - TEMP_MEDIUM_MIN) / ((TEMP_MEDIUM_MIN + TEMP_MEDIUM_MAX)/2 - TEMP_MEDIUM_MIN);
  if (temp > (TEMP_MEDIUM_MIN + TEMP_MEDIUM_MAX)/2 && temp < TEMP_MEDIUM_MAX) 
    return (TEMP_MEDIUM_MAX - temp) / (TEMP_MEDIUM_MAX - (TEMP_MEDIUM_MIN + TEMP_MEDIUM_MAX)/2);
  return 0.0;
}

float tempHighMembership(float temp) {
  if (temp <= TEMP_HIGH_MIN) return 0.0;
  if (temp >= TEMP_HIGH_MIN + 2) return 1.0;
  return (temp - TEMP_HIGH_MIN) / 2.0;
}

// Fungsi keanggotaan fuzzy untuk gas
float gasLowMembership(int gas) {
  if (gas <= GAS_LOW_MAX - 100) return 1.0;
  if (gas >= GAS_LOW_MAX) return 0.0;
  return (float)(GAS_LOW_MAX - gas) / 100.0;
}

float gasMediumMembership(int gas) {
  if (gas <= GAS_MEDIUM_MIN) return 0.0;
  if (gas >= GAS_MEDIUM_MIN && gas <= (GAS_MEDIUM_MIN + GAS_MEDIUM_MAX)/2) 
    return (float)(gas - GAS_MEDIUM_MIN) / ((GAS_MEDIUM_MIN + GAS_MEDIUM_MAX)/2 - GAS_MEDIUM_MIN);
  if (gas > (GAS_MEDIUM_MIN + GAS_MEDIUM_MAX)/2 && gas < GAS_MEDIUM_MAX) 
    return (float)(GAS_MEDIUM_MAX - gas) / (GAS_MEDIUM_MAX - (GAS_MEDIUM_MIN + GAS_MEDIUM_MAX)/2);
  return 0.0;
}

float gasHighMembership(int gas) {
  if (gas <= GAS_HIGH_MIN) return 0.0;
  if (gas >= GAS_HIGH_MIN + 50) return 1.0;
  return (float)(gas - GAS_HIGH_MIN) / 50.0;
}

// Fungsi untuk melakukan fuzzy inference
FuzzyOutput fuzzyInference(float temperature, int gasLevel) {
  FuzzyOutput output;
  
  // Fuzzifikasi - menghitung nilai keanggotaan
  float tempLow = tempLowMembership(temperature);
  float tempMedium = tempMediumMembership(temperature);
  float tempHigh = tempHighMembership(temperature);
  
  float gasLow = gasLowMembership(gasLevel);
  float gasMedium = gasMediumMembership(gasLevel);
  float gasHigh = gasHighMembership(gasLevel);
  
  // Debug: tampilkan nilai keanggotaan di serial monitor
  Serial.println("Membership Values:");
  Serial.print("Temp Low: "); Serial.print(tempLow);
  Serial.print(", Medium: "); Serial.print(tempMedium);
  Serial.print(", High: "); Serial.println(tempHigh);
  
  Serial.print("Gas Low: "); Serial.print(gasLow);
  Serial.print(", Medium: "); Serial.print(gasMedium);
  Serial.print(", High: "); Serial.println(gasHigh);
  
  // Rule evaluation dan defuzzification
  // Aturan fuzzy:
  // 1. Jika suhu LOW dan gas LOW, maka bahaya LOW
  // 2. Jika suhu LOW dan gas MEDIUM, maka bahaya LOW-MEDIUM
  // 3. Jika suhu LOW dan gas HIGH, maka bahaya MEDIUM-HIGH
  // 4. Jika suhu MEDIUM dan gas LOW, maka bahaya LOW-MEDIUM
  // 5. Jika suhu MEDIUM dan gas MEDIUM, maka bahaya MEDIUM
  // 6. Jika suhu MEDIUM dan gas HIGH, maka bahaya HIGH
  // 7. Jika suhu HIGH dan gas LOW, maka bahaya MEDIUM-HIGH
  // 8. Jika suhu HIGH dan gas MEDIUM, maka bahaya HIGH
  // 9. Jika suhu HIGH dan gas HIGH, maka bahaya VERY HIGH
  
  // Menggunakan metode max-min untuk inferensi dan centroid untuk defuzzifikasi
  
  // Rule 1: Jika suhu LOW dan gas LOW, maka bahaya LOW
  float rule1 = min(tempLow, gasLow);
  // Rule 2: Jika suhu LOW dan gas MEDIUM, maka bahaya LOW-MEDIUM
  float rule2 = min(tempLow, gasMedium) * 0.3;
  // Rule 3: Jika suhu LOW dan gas HIGH, maka bahaya MEDIUM-HIGH
  float rule3 = min(tempLow, gasHigh) * 0.6;
  // Rule 4: Jika suhu MEDIUM dan gas LOW, maka bahaya LOW-MEDIUM
  float rule4 = min(tempMedium, gasLow) * 0.3;
  // Rule 5: Jika suhu MEDIUM dan gas MEDIUM, maka bahaya MEDIUM
  float rule5 = min(tempMedium, gasMedium) * 0.5;
  // Rule 6: Jika suhu MEDIUM dan gas HIGH, maka bahaya HIGH
  float rule6 = min(tempMedium, gasHigh) * 0.8;
  // Rule 7: Jika suhu HIGH dan gas LOW, maka bahaya MEDIUM-HIGH
  float rule7 = min(tempHigh, gasLow) * 0.6;
  // Rule 8: Jika suhu HIGH dan gas MEDIUM, maka bahaya HIGH
  float rule8 = min(tempHigh, gasMedium) * 0.8;
  // Rule 9: Jika suhu HIGH dan gas HIGH, maka bahaya VERY HIGH
  float rule9 = min(tempHigh, gasHigh) * 1.0;
  
  // Defuzzifikasi menggunakan metode centroid sederhana
  float totalWeight = rule1 + rule2 + rule3 + rule4 + rule5 + rule6 + rule7 + rule8 + rule9;
  float weightedSum = rule1 * 0.0 + rule2 * 0.3 + rule3 * 0.6 + rule4 * 0.3 + 
                     rule5 * 0.5 + rule6 * 0.8 + rule7 * 0.6 + rule8 * 0.8 + rule9 * 1.0;
  
  if (totalWeight > 0) {
    output.dangerLevel = weightedSum / totalWeight;
  } else {
    output.dangerLevel = 0;
  }
  
  // Menentukan kecerahan LED berdasarkan tingkat bahaya
  if (output.dangerLevel < 0.4) {
    output.ledBrightness = LED_LOW;
    output.statusMessage = "STATUS: NORMAL";
  } else if (output.dangerLevel < 0.7) {
    output.ledBrightness = LED_MEDIUM;
    output.statusMessage = "STATUS: WARNING";
  } else {
    output.ledBrightness = LED_HIGH;
    output.statusMessage = "STATUS: DANGER!";
  }

  // MOTOR: Variabel, tidak tetap, linear dari dangerLevel:
  output.motorSpeed = MOTOR_RPM_MIN + (output.dangerLevel * (MOTOR_RPM_MAX - MOTOR_RPM_MIN));
  
  return output;
}

void loop() {
  // Baca nilai sensor
  float humidity = dht22.readHumidity();
  float temperature = dht22.readTemperature();
  int gasAnalog = analogRead(mq2_ao);

  // Periksa apakah pembacaan sensor berhasil
  if (isnan(humidity) || isnan(temperature)) {
    Serial.println("Gagal membaca dari sensor DHT22!");
    lcd.clear();
    lcd.setCursor(0, 0);
    lcd.print("Sensor DHT Error");
    delay(2000);
    return;
  }

  // Tampilkan nilai sensor pada serial monitor
  Serial.print("Temperature: ");
  Serial.print(temperature);
  Serial.print(" *C, Humidity: ");
  Serial.print(humidity);
  Serial.print("%, Gas Value: ");
  Serial.println(gasAnalog);

  // Lakukan inferensi fuzzy
  FuzzyOutput result = fuzzyInference(temperature, gasAnalog);

  // Tampilkan hasil fuzzy pada serial monitor
  Serial.print("Danger Level: ");
  Serial.print(result.dangerLevel);
  Serial.print(", LED Brightness: ");
  Serial.print(result.ledBrightness);
  Serial.print(", Motor Speed: ");
  Serial.println(result.motorSpeed);

  // Tampilkan nilai sensor dan status pada LCD
  lcd.clear();
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("T:");
  lcd.print(temperature, 1);
  lcd.print("C G:");
  lcd.print(gasAnalog);

  lcd.setCursor(0, 1);
  // Print status pendek
  if(result.dangerLevel < 0.4) {
    lcd.print("NORMAL ");
  } else if (result.dangerLevel < 0.7) {
    lcd.print("WARNING");
  } else {
    lcd.print("DANGER!");
  }
  // Print RPM motor
  lcd.print(" ");
  lcd.print(result.motorSpeed);
  lcd.print("rpm");

  // Atur kecerahan LED menggunakan PWM
  analogWrite(rlight, result.ledBrightness);

  // Atur kecepatan motor
  myStepper.setSpeed(result.motorSpeed);

  // Jika bahaya tinggi, putar motor untuk ventilasi
  if (result.dangerLevel > 0.5) {
    // Jumlah langkah berdasarkan tingkat bahaya
    int steps = map(result.ledBrightness, LED_LOW, LED_HIGH, 
                  stepsPerRevolution/8, stepsPerRevolution/2);

    myStepper.step(steps);
    delay(200);
    myStepper.step(-steps); // Putar balik
  }

  // Delay sebelum pembacaan berikutnya
  delay(2000);
}