/*
 * ESP32 智慧溫室整合系統 (IoT Smart Greenhouse)
 * 平台：Wokwi Simulator
 * 格式：已加入標準縮排，所有函數內容完整展開。
 *
 * 核心功能：
 * 1. DHT22 溫濕度監測
 * 2. HC-SR04 水位監測
 * 3. A4988/步進馬達 (抽風) 控制 (自動/Web手動)
 * 4. LED Bar 溫度視覺化
 * 5. LEDC PWM 驅動 Servo (澆水閥門)
 * 6. WebServer 遠端監測與控制
 */

// ================= 庫與定義 =================
#include <WiFi.h>
#include <WebServer.h>
#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
#include <DHTesp.h>

// 引腳定義 (Pin Definitions)
#define DHT_PIN 15 // 溫濕度
#define TRIG_PIN 5 // 超聲波觸發
#define ECHO_PIN 18 // 超聲波接收
#define STEP_PIN 19 // 步進馬達 STEP
#define DIR_PIN 23 // 步進馬達 DIR
#define SERVO_PIN 4 // 伺服馬達 PWM
#define SOIL_PIN 34 // 土壤濕度 (模擬輸入)
#define RELAY_PIN 13 // 補水繼電器

// LED Bar 引腳 (8顆)
const int ledPins[8] = {32, 33, 25, 26, 27, 14, 12, 2};

// 參數與閾值
const char* ssid = "Wokwi-GUEST";
const char* password = "";
const float TEMP_THRESHOLD_FAN = 30.0; // 風扇自動開啟溫度
const int STEP_SPEED = 2000; // 步進馬達速度 (us, 越小越快)
const int servoChannel = 0; // Servo PWM 通道
const int servoFreq = 50; // Servo 頻率 (50Hz)
const int servoRes = 16; // Servo PWM 解析度 (16-bit)

// ================= 全局變量與物件 =================
DHTesp dht;
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);
WebServer server(80);

// 數據變數
float humidity = 0;
float temperature = 0;
float waterDistance = 0;
float waterLevelPercent = 0;
int soilMoisturePercent = 0;

// 控制旗標
bool fanManualOverride = false;
bool fanState = false;
bool pumpState = false;
bool wateringState = false;

// 計時器 (Timer Variables)
unsigned long lastSensorTime = 0;
unsigned long lastLcdTime = 0;
unsigned long lastSerialTime = 0;
unsigned long lastStepTime = 0;

// ================= 函數原型聲明 =================
void setupWifi();
void handleRoot();
void handleFanOn();
void handleFanOff();
void setServoAngle(int angle);
void readSensors();
void updateOutputs();
void updateLCD();
void printASCIIStatus();

// ================= 系統初始化 (Setup) =================
void setup() {
    Serial.begin(115200);

    // 引腳初始化
    pinMode(TRIG_PIN, OUTPUT);
    pinMode(ECHO_PIN, INPUT);
    pinMode(STEP_PIN, OUTPUT);
    pinMode(DIR_PIN, OUTPUT);
    pinMode(RELAY_PIN, OUTPUT);
    pinMode(SOIL_PIN, INPUT);

    for(int i=0; i<8; i++) {
        pinMode(ledPins[i], OUTPUT);
    }

    // Servo 初始化 (LEDC PWM)
    ledcAttach(SERVO_PIN, servoFreq, servoRes);
    setServoAngle(0);

    // 組件初始化
    dht.setup(DHT_PIN, DHTesp::DHT22);
    lcd.init();
    lcd.backlight();

    // WiFi & WebServer 初始化
    setupWifi();
}

// ================= 主循環 (Loop) =================
void loop() {
    // 處理 Web 請求 (Non-blocking)
    server.handleClient();
    unsigned long currentMillis = millis();

    // 1. 讀取傳感器與更新邏輯 (每 1000ms)
    if (currentMillis - lastSensorTime >= 1000) {
        lastSensorTime = currentMillis;
        readSensors();
        updateOutputs();
    }

    // 2. 更新 LCD 顯示 (每 1000ms)
    if (currentMillis - lastLcdTime >= 1000) {
        lastLcdTime = currentMillis;
        updateLCD();
    }

    // 3. 串口圖形化輸出 (每 3000ms)
    if (currentMillis - lastSerialTime >= 3000) {
        lastSerialTime = currentMillis;
        printASCIIStatus();
    }

    // 4. 步進馬達驅動 (非阻塞，極短時間間隔)
    bool fanShouldRun = (temperature > TEMP_THRESHOLD_FAN) || fanManualOverride;
    if (fanShouldRun) {
        fanState = true;
        if (micros() - lastStepTime >= STEP_SPEED) {
            lastStepTime = micros();
            // 翻轉電位產生脈衝
            digitalWrite(STEP_PIN, !digitalRead(STEP_PIN));
        }
    } else {
        fanState = false;
    }
}

// ================= Servo 控制函數 (使用 LEDC PWM) =================
/**
 * @brief 將 Servo 轉到指定角度 (0-180度)
 * @param angle 目標角度
 */
void setServoAngle(int angle) {
    if (angle < 0) angle = 0;
    if (angle > 180) angle = 180;

    // 映射角度 0-180 到 脈寬 500-2500 微秒
    long pulseWidthUs = map(angle, 0, 180, 500, 2500);

    // 計算 16-bit 佔空比數值 (Duty Cycle)
    // 佔空比 = (脈寬 / 週期20000us) * 65536
    long duty = (pulseWidthUs * 65536) / 20000;

    ledcWrite(SERVO_PIN, duty);
}

// ================= 傳感器數據讀取函數 =================
/**
 * @brief 讀取 DHT22, HC-SR04 和土壤濕度 (Pot)
 */
void readSensors() {
    // 讀取 DHT22
    TempAndHumidity data = dht.getTempAndHumidity();
    if (!isnan(data.temperature)) {
        temperature = data.temperature;
        humidity = data.humidity;
    }

    // 讀取超聲波水位
    digitalWrite(TRIG_PIN, LOW); delayMicroseconds(2);
    digitalWrite(TRIG_PIN, HIGH); delayMicroseconds(10);
    digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);
    // 設置超時避免阻塞
    long duration = pulseIn(ECHO_PIN, HIGH, 30000);
    waterDistance = duration * 0.034 / 2;
    if (waterDistance == 0) waterDistance = 30;

    // 水位百分比計算 (假設 20cm 空/0%, 2cm 滿/100%)
    waterLevelPercent = map(waterDistance, 20, 2, 0, 100);
    waterLevelPercent = constrain(waterLevelPercent, 0, 100);

    // 讀取土壤濕度 (Pot)
    int rawSoil = analogRead(SOIL_PIN);
    // 0(濕) ~ 4095(乾) => 0%(乾) ~ 100%(濕)
    soilMoisturePercent = map(rawSoil, 0, 4095, 100, 0); // 反向映射
}

// ================= 輸出設備控制函數 =================
/**
 * @brief 根據傳感器數據更新繼電器、LED Bar 和 Servo 狀態
 */
void updateOutputs() {
    // --- LED Bar (顯示溫度) ---
    int ledLevel = map(temperature, 0, 50, 0, 8);
    for (int i = 0; i < 8; i++) {
        digitalWrite(ledPins[i], (i < ledLevel) ? HIGH : LOW);
    }

    // --- 補水泵 (Relay) 自動控制 ---
    if (waterDistance > 18.0) { // 水位很低
        digitalWrite(RELAY_PIN, HIGH);
        pumpState = true;
    } else if (waterDistance < 5.0) { // 水位很滿
        digitalWrite(RELAY_PIN, LOW);
        pumpState = false;
    }

    // --- 澆水閥門 (Servo) 自動控制 ---
    // 如果土壤乾燥 (如 < 30%) 且水箱水位足夠 (如 < 15cm 距離)
    if (soilMoisturePercent < 30 && waterDistance < 15.0) {
        if (!wateringState) {
            setServoAngle(90); // 打開閥門
            wateringState = true;
        }
    } else {
        if (wateringState) {
            setServoAngle(0); // 關閉閥門
            wateringState = false;
        }
    }
}

// ================= LCD 更新顯示函數 =================
/**
 * @brief 更新 LCD 1602 上的顯示內容
 */
void updateLCD() {
    lcd.setCursor(0, 0);
    // 顯示 T:溫度 H:濕度
    lcd.printf("T:%.1f H:%.0f%%", temperature, humidity);

    lcd.setCursor(0, 1);
    // 顯示 Lvl:水位百分比 Fan:風扇狀態
    String fStatus = fanState ? "ON" : "OF";
    lcd.printf("Lvl:%02.0f%% Fan:%s", waterLevelPercent, fStatus);
}

// ================= 串口圖形化輸出函數 (個人風格) =================
/**
 * @brief 輸出 ASCII 格式的狀態條和系統摘要
 */
void printASCIIStatus() {
    Serial.println("================ SYSTEM STATUS ================");
    Serial.print("Web Control IP: "); Serial.println(WiFi.localIP());

    // 溫度條
    Serial.print("Temp ["); Serial.print(temperature, 1); Serial.print("C]: ");
    int tBars = map(temperature, 0, 50, 0, 20);
    for(int i=0; i<20; i++) Serial.print(i < tBars ? "#" : ".");
    Serial.println();

    // 土壤濕度條 (百分比越高代表越濕潤)
    Serial.print("Soil ["); Serial.print(soilMoisturePercent); Serial.print("%]: ");
    int sBars = map(soilMoisturePercent, 0, 100, 0, 20);
    for(int i=0; i<20; i++) Serial.print(i < sBars ? "=" : ".");
    Serial.println();

    // 摘要狀態
    Serial.printf("Status: FAN[%s] PUMP[%s] VALVE[%s]\n",
        fanState ? "RUN" : "OFF", pumpState ? "ON " : "OFF", wateringState ? "OPEN" : "CLOS");
    Serial.println("===============================================\n");
}

// ================= WiFi 連接設置函數 =================
/**
 * @brief 連接 WiFi 並啟動 WebServer
 */
void setupWifi() {
    Serial.print("Connecting Wifi");
    WiFi.begin(ssid, password);
    while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
        delay(500); Serial.print(".");
    }
    Serial.println(" OK!");
    
    // 設定 Web 根目錄與控制路徑
    server.on("/", handleRoot);
    server.on("/fan/on", handleFanOn);
    server.on("/fan/off", handleFanOff);
    server.begin();
}

// ================= 網頁處理函數 (Web Handlers) =================
/**
 * @brief 根目錄 (/) 顯示狀態和控制按鈕
 */
void handleRoot() {
    String html = "<html><body style='font-family:sans-serif; text-align:center; padding:50px;'>";
    html += "<h1>ESP32 Greenhouse</h1>";
    html += "<h2>Temp: " + String(temperature) + " C | Hum: " + String(humidity) + " %</h2>";
    html += "<p>Water Level: " + String(waterLevelPercent) + "%</p>";
    html += "<p>Fan Status: " + (fanManualOverride ? "Manual ON" : "Auto Mode") + "</p>";
    html += "<p><a href='/fan/on'><button style='font-size:20px;padding:10px;background:green;color:white;'>Fan ON</button></a>";
    html += "&nbsp;<a href='/fan/off'><button style='font-size:20px;padding:10px;background:red;color:white;'>Fan Auto</button></a></p>";
    html += "</body></html>";
    server.send(200, "text/html", html);
}

/**
 * @brief 處理 /fan/on 請求：強制開啟風扇
 */
void handleFanOn() {
    fanManualOverride = true;
    // 重定向回根目錄
    server.sendHeader("Location", "/");
    server.send(303);
}

/**
 * @brief 處理 /fan/off 請求：切換回自動模式
 */
void handleFanOff() {
    fanManualOverride = false;
    // 重定向回根目錄
    server.sendHeader("Location", "/");
    server.send(303);
}