/*
 * ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 5 - Датчики температуры
 * =============================================
 * Изучение трёх датчиков температуры:
 *  1. DS18B20  - Полупроводниковый датчик (One-Wire, pin 2)
 *  2. NTC      - Резистивный датчик (A0, с делителем 10kΩ)
 *  3. OLED     - Дисплей SSD1306 (I2C: SDA=20, SCL=21)
 *
 * Arduino Mega 2560
 * Работает в Wokwi:
 *   Установить через Library Manager:
 *   - OneWire
 *   - DallasTemperature
 *   - Adafruit SSD1306
 *   - Adafruit GFX Library
 */

#include <OneWire.h>
#include <DallasTemperature.h>
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>

// ======== НАСТРОЙКИ ПИНОВ ========
#define DS18B20_PIN   2       // DS18B20 One-Wire пин
#define NTC_PIN       A0      // NTC аналоговый пин
#define LED_PIN       13      // Статусный LED

// Параметры NTC (10kΩ NTC + 10kΩ последовательно)
#define SERIES_R      10000.0
#define NTC_NOMINAL   10000.0
#define TEMP_NOMINAL  25.0
#define B_COEFF       3950.0

// OLED экран
#define SCREEN_WIDTH  128
#define SCREEN_HEIGHT 64
#define OLED_RESET    -1

// ======== ОБЪЕКТЫ ========
OneWire oneWire(DS18B20_PIN);
DallasTemperature ds18b20(&oneWire);
Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, OLED_RESET);

// ======== ГЛОБАЛЬНЫЕ ПЕРЕМЕННЫЕ ========
float tempDS   = 0;
float tempNTC  = 0;
int   measNum  = 0;

// Для статистики (5 измерений)
float ds_arr[5]  = {0};
float ntc_arr[5] = {0};

// ======== ВЫЧИСЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ NTC ========
float readNTC() {
  int raw = analogRead(NTC_PIN);
  if (raw <= 0) raw = 1;

  // Формула Стейнхарта-Харта
  float resistance = SERIES_R * (1023.0 / (float)raw - 1.0);
  float steinhart  = log(resistance / NTC_NOMINAL) / B_COEFF;
  steinhart       += 1.0 / (TEMP_NOMINAL + 273.15);
  float tempK      = 1.0 / steinhart;
  return tempK - 273.15;
}

// ======== СТАТИСТИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ ========
float calcMean(float arr[], int n) {
  float s = 0;
  for (int i = 0; i < n; i++) s += arr[i];
  return s / n;
}

float calcSigma(float arr[], int n, float mean) {
  float s = 0;
  for (int i = 0; i < n; i++) s += pow(arr[i] - mean, 2);
  return sqrt(s / (n - 1));
}

void printStats(const char* name, float arr[], int n) {
  float mean   = calcMean(arr, n);
  float sigma  = calcSigma(arr, n, mean);
  float sigmaM = sigma / sqrt((float)n);
  float absErr = 1.97 * sigmaM;
  float relErr = fabs(absErr / mean) * 100.0;

  Serial.print(F("--- ")); Serial.println(name);
  Serial.print(F("    Среднее (x)        : ")); Serial.print(mean, 3);  Serial.println(F(" C"));
  Serial.print(F("    Станд. отклонение s: ")); Serial.print(sigma, 4); Serial.println(F(" C"));
  Serial.print(F("    Абсолютная погр. Dx : ")); Serial.print(absErr, 4); Serial.println(F(" C"));
  Serial.print(F("    Относит. погр.  e  : +-")); Serial.print(relErr, 2); Serial.println(F(" %"));
}

// ======== ИНИЦИАЛИЗАЦИЯ ========
void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);

  Serial.println(F("============================================"));
  Serial.println(F("  ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 5: Датчики температуры"));
  Serial.println(F("  Arduino Mega 2560"));
  Serial.println(F("============================================"));
  Serial.println(F("  Pin 2  -> DS18B20 (One-Wire)"));
  Serial.println(F("  A0     -> NTC термистор"));
  Serial.println(F("  20,21  -> OLED I2C (SDA, SCL)"));
  Serial.println(F("============================================"));
  Serial.println(F("Время(мс)\tDS18B20(C)\tNTC(C)"));

  ds18b20.begin();

  if (!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C)) {
    Serial.println(F("OLED не найден!"));
  } else {
    display.clearDisplay();
    display.setTextSize(1);
    display.setTextColor(SSD1306_WHITE);
    display.setCursor(10, 10);
    display.println(F("Практ. работа 5"));
    display.setCursor(5, 25);
    display.println(F("Датчики температуры"));
    display.setCursor(20, 45);
    display.println(F("DS18B20 + NTC"));
    display.display();
    delay(2000);
  }
}

// ======== ОСНОВНОЙ ЦИКЛ ========
void loop() {
  // 1. Чтение DS18B20
  ds18b20.requestTemperatures();
  tempDS = ds18b20.getTempCByIndex(0);

  // 2. Чтение NTC
  tempNTC = readNTC();

  measNum++;

  // Вывод в Serial Monitor
  Serial.print(millis());
  Serial.print(F("\t"));
  Serial.print(tempDS, 2);
  Serial.print(F("\t\t"));
  Serial.println(tempNTC, 2);

  // Обновление OLED
  display.clearDisplay();

  // Заголовок
  display.setTextSize(1);
  display.setCursor(0, 0);
  display.println(F("== Практ. работа 5 =="));

  // DS18B20
  display.setCursor(0, 16);
  display.print(F("DS18B20: "));
  display.setTextSize(2);
  display.setCursor(0, 24);
  display.print(tempDS, 1);
  display.print(F(" C"));

  // NTC
  display.setTextSize(1);
  display.setCursor(0, 44);
  display.print(F("NTC: "));
  display.print(tempNTC, 1);
  display.print(F(" C"));

  // Номер измерения
  display.setCursor(0, 56);
  display.print(F("#"));
  display.print(measNum);

  display.display();

  // Мигание LED
  digitalWrite(LED_PIN, measNum % 2);

  // Сохранение первых 5 измерений
  if (measNum <= 5) {
    ds_arr[measNum - 1]  = tempDS;
    ntc_arr[measNum - 1] = tempNTC;
  }

  // После 5 измерений — вывод статистики
  if (measNum == 5) {
    Serial.println(F("\n====== СТАТИСТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА (N=5) ======"));
    Serial.println(F("Формулы: (16) - среднее, (17) - сигма,"));
    Serial.println(F("         (18) - сигма_mean, (19) - delta_x"));

    printStats("DS18B20 (Полупроводниковый, pin 2)", ds_arr, 5);
    printStats("NTC термистор (Резистивный, A0)", ntc_arr, 5);

    // Разрешающая способность (формула 21)
    float Ta_ds  = 180.0 / (pow(2.0, 12) - 1);  // DS18B20: 12-бит, -55~+125
    float Ta_ntc = 5.0   / (pow(2.0, 10) - 1);  // NTC: Arduino 10-бит АЦП

    Serial.println(F("\n--- Разрешающая способность (формула 21) ---"));
    Serial.print(F("    DS18B20 (12-бит): Ta = "));
    Serial.print(Ta_ds * 1000.0, 3); Serial.println(F(" мC"));
    Serial.print(F("    NTC     (10-бит): Ta = "));
    Serial.print(Ta_ntc * 1000.0, 3); Serial.println(F(" мВ"));

    // Чувствительность (формула 22): S = (x2-x1)/(T2-T1)
    float s_ds  = fabs(ds_arr[4]  - ds_arr[0])  / 4.0;
    float s_ntc = fabs(ntc_arr[4] - ntc_arr[0]) / 4.0;
    Serial.println(F("\n--- Чувствительность (формула 22) ---"));
    Serial.print(F("    DS18B20 : S = ")); Serial.print(s_ds, 4);  Serial.println(F(" C/изм"));
    Serial.print(F("    NTC     : S = ")); Serial.print(s_ntc, 4); Serial.println(F(" C/изм"));

    Serial.println(F("=====================================\n"));
  }

  delay(1000); // Пауза 1 секунда
}