git.gag.com Git - fw/altos/blob - ao_flight.c

   1 /*
   2  * Copyright © 2009 Keith Packard <keithp@keithp.com>
   3  *
   4  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   5  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
   6  * the Free Software Foundation; version 2 of the License.
   7  *
   8  * This program is distributed in the hope that it will be useful, but
   9  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  10  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  11  * General Public License for more details.
  12  *
  13  * You should have received a copy of the GNU General Public License along
  14  * with this program; if not, write to the Free Software Foundation, Inc.,
  15  * 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA 02111-1307 USA.
  16  */
  17
  18 #ifndef AO_FLIGHT_TEST
  19 #include "ao.h"
  20 #endif
  21
  22 /* Main flight thread. */
  23
  24 __pdata enum ao_flight_state    ao_flight_state;        /* current flight state */
  25 __pdata uint16_t                ao_flight_tick;         /* time of last data */
  26 __pdata int16_t                 ao_flight_accel;        /* filtered acceleration */
  27 __pdata int16_t                 ao_flight_pres;         /* filtered pressure */
  28 __pdata int16_t                 ao_ground_pres;         /* startup pressure */
  29 __pdata int16_t                 ao_ground_accel;        /* startup acceleration */
  30 __pdata int16_t                 ao_min_pres;            /* minimum recorded pressure */
  31 __pdata uint16_t                ao_launch_time;         /* time of launch detect */
  32 __pdata int16_t                 ao_main_pres;           /* pressure to eject main */
  33
  34 /*
  35  * track min/max data over a long interval to detect
  36  * resting
  37  */
  38 __pdata uint16_t                ao_interval_end;
  39 __pdata int16_t                 ao_interval_cur_min_accel;
  40 __pdata int16_t                 ao_interval_cur_max_accel;
  41 __pdata int16_t                 ao_interval_cur_min_pres;
  42 __pdata int16_t                 ao_interval_cur_max_pres;
  43 __pdata int16_t                 ao_interval_min_accel;
  44 __pdata int16_t                 ao_interval_max_accel;
  45 __pdata int16_t                 ao_interval_min_pres;
  46 __pdata int16_t                 ao_interval_max_pres;
  47
  48 __data uint8_t ao_flight_adc;
  49 __xdata int16_t ao_accel, ao_prev_accel, ao_pres;
  50
  51 #define AO_INTERVAL_TICKS       AO_SEC_TO_TICKS(5)
  52
  53 /* Accelerometer calibration
  54  *
  55  * We're sampling the accelerometer through a resistor divider which
  56  * consists of 5k and 10k resistors. This multiplies the values by 2/3.
  57  * That goes into the cc1111 A/D converter, which is running at 11 bits
  58  * of precision with the bits in the MSB of the 16 bit value. Only positive
  59  * values are used, so values should range from 0-32752 for 0-3.3V. The
  60  * specs say we should see 40mV/g (uncalibrated), multiply by 2/3 for what
  61  * the A/D converter sees (26.67 mV/g). We should see 32752/3300 counts/mV,
  62  * for a final computation of:
  63  *
  64  * 26.67 mV/g * 32767/3300 counts/mV = 264.8 counts/g
  65  *
  66  * Zero g was measured at 16000 (we would expect 16384)
  67  */
  68
  69 #define ACCEL_G         265
  70 #define ACCEL_ZERO_G    16000
  71 #define ACCEL_NOSE_UP   (ACCEL_ZERO_G - ACCEL_G * 2 /3)
  72 #define ACCEL_BOOST     (ACCEL_NOSE_UP - ACCEL_G * 2)
  73 #define ACCEL_LAND      (ACCEL_G / 10)
  74
  75 /*
  76  * Barometer calibration
  77  *
  78  * We directly sample the barometer. The specs say:
  79  *
  80  * Pressure range: 15-115 kPa
  81  * Voltage at 115kPa: 2.82
  82  * Output scale: 27mV/kPa
  83  *
  84  * If we want to detect launch with the barometer, we need
  85  * a large enough bump to not be fooled by noise. At typical
  86  * launch elevations (0-2000m), a 200Pa pressure change cooresponds
  87  * to about a 20m elevation change. This is 5.4mV, or about 3LSB.
  88  * As all of our calculations are done in 16 bits, we'll actually see a change
  89  * of 16 times this though
  90  *
  91  * 27 mV/kPa * 32767 / 3300 counts/mV = 268.1 counts/kPa
  92  */
  93
  94 #define BARO_kPa        268
  95 #define BARO_LAUNCH     (BARO_kPa / 5)  /* .2kPa */
  96 #define BARO_APOGEE     (BARO_kPa / 10) /* .1kPa */
  97 #define BARO_MAIN       (BARO_kPa)      /* 1kPa */
  98 #define BARO_LAND       (BARO_kPa / 20) /* .05kPa */
  99
 100 /* We also have a clock, which can be used to sanity check things in
 101  * case of other failures
 102  */
 103
 104 #define BOOST_TICKS_MAX AO_SEC_TO_TICKS(15)
 105
 106 /* This value is scaled in a weird way. It's a running total of accelerometer
 107  * readings minus the ground accelerometer reading. That means it measures
 108  * velocity, and quite accurately too. As it gets updated 100 times a second,
 109  * it's scaled by 100
 110  */
 111 __data int32_t  ao_flight_vel;
 112
 113 /* convert m/s to velocity count */
 114 #define VEL_MPS_TO_COUNT(mps) ((int32_t) ((int32_t) (mps) * (int32_t) 100 / (int32_t) ACCEL_G))
 115
 116 void
 117 ao_flight(void)
 118 {
 119         __pdata static uint8_t  nsamples = 0;
 120
 121         ao_flight_adc = ao_adc_head;
 122         ao_prev_accel = 0;
 123         ao_accel = 0;
 124         ao_pres = 0;
 125         for (;;) {
 126                 ao_sleep(&ao_adc_ring);
 127                 while (ao_flight_adc != ao_adc_head) {
 128                         ao_accel = ao_adc_ring[ao_flight_adc].accel;
 129                         ao_pres = ao_adc_ring[ao_flight_adc].pres;
 130                         ao_flight_tick = ao_adc_ring[ao_flight_adc].tick;
 131                         ao_flight_vel += (int32_t) (((ao_accel + ao_prev_accel) >> 4) - (ao_ground_accel << 1));
 132                         ao_prev_accel = ao_accel;
 133                         ao_flight_adc = ao_adc_ring_next(ao_flight_adc);
 134                 }
 135                 ao_flight_accel -= ao_flight_accel >> 4;
 136                 ao_flight_accel += ao_accel >> 4;
 137                 ao_flight_pres -= ao_flight_pres >> 4;
 138                 ao_flight_pres += ao_pres >> 4;
 139
 140                 if (ao_flight_pres < ao_min_pres)
 141                         ao_min_pres = ao_flight_pres;
 142
 143                 if ((int16_t) (ao_flight_tick - ao_interval_end) >= 0) {
 144                         ao_interval_max_pres = ao_interval_cur_max_pres;
 145                         ao_interval_min_pres = ao_interval_cur_min_pres;
 146                         ao_interval_max_accel = ao_interval_cur_max_accel;
 147                         ao_interval_min_accel = ao_interval_cur_min_accel;
 148                         ao_interval_end = ao_flight_tick + AO_INTERVAL_TICKS;
 149                 }
 150
 151                 switch (ao_flight_state) {
 152                 case ao_flight_startup:
 153                         if (nsamples < 100) {
 154                                 ++nsamples;
 155                                 continue;
 156                         }
 157                         ao_ground_accel = ao_flight_accel;
 158                         ao_ground_pres = ao_flight_pres;
 159                         ao_min_pres = ao_flight_pres;
 160                         ao_main_pres = ao_ground_pres - BARO_MAIN;
 161                         ao_flight_vel = 0;
 162
 163                         ao_interval_end = ao_flight_tick;
 164
 165                         /* Go to launchpad state if the nose is pointing up */
 166                         if (ao_flight_accel < ACCEL_NOSE_UP) {
 167                                 ao_flight_state = ao_flight_launchpad;
 168                                 ao_wakeup(DATA_TO_XDATA(&ao_flight_state));
 169                         } else {
 170                                 ao_flight_state = ao_flight_idle;
 171
 172                                 /* Turn on the Green LED in idle mode
 173                                  * This also happens to bring the USB up for the TI board
 174                                  */
 175                                 ao_led_on(AO_LED_GREEN);
 176                                 ao_timer_set_adc_interval(100);
 177                                 ao_wakeup(DATA_TO_XDATA(&ao_flight_state));
 178                         }
 179                         /* signal successful initialization by turning off the LED */
 180                         ao_led_off(AO_LED_RED);
 181                         break;
 182                 case ao_flight_launchpad:
 183
 184                         /* pad to boost:
 185                          *
 186                          * accelerometer: > 2g
 187                          * barometer: > 20m vertical motion
 188                          */
 189                         if (ao_flight_accel < ACCEL_BOOST ||
 190                             ao_flight_pres + BARO_LAUNCH < ao_ground_pres)
 191                         {
 192                                 ao_flight_state = ao_flight_boost;
 193                                 ao_log_start();
 194                                 ao_wakeup(DATA_TO_XDATA(&ao_flight_state));
 195                                 break;
 196                         }
 197                         break;
 198                 case ao_flight_boost:
 199
 200                         /* boost to coast:
 201                          *
 202                          * accelerometer: start to fall at > 1/4 G
 203                          * time: boost for more than 15 seconds
 204                          */
 205                         if (ao_flight_accel > ao_ground_accel + (ACCEL_G >> 2) ||
 206                             (int16_t) (ao_flight_tick - ao_launch_time) > BOOST_TICKS_MAX)
 207                         {
 208                                 ao_flight_state = ao_flight_coast;
 209                                 ao_wakeup(DATA_TO_XDATA(&ao_flight_state));
 210                                 break;
 211                         }
 212                         break;
 213                 case ao_flight_coast:
 214
 215                         /* coast to apogee detect:
 216                          *
 217                          * accelerometer: integrated velocity < 200 m/s
 218                          * barometer: fall at least 500m from max altitude
 219                          */
 220                         if (ao_flight_vel < VEL_MPS_TO_COUNT(200) ||
 221                             ao_flight_pres - (5 * BARO_kPa) > ao_min_pres)
 222                         {
 223                                 ao_flight_state = ao_flight_apogee;
 224                                 ao_wakeup(DATA_TO_XDATA(&ao_flight_state));
 225                         }
 226                         break;
 227                 case ao_flight_apogee:
 228
 229                         /* apogee to drogue deploy:
 230                          *
 231                          * accelerometer: integrated velocity < 10m/s
 232                          * barometer: fall at least 10m
 233                          */
 234                         if (ao_flight_vel < VEL_MPS_TO_COUNT(-10) ||
 235                             ao_flight_pres - BARO_APOGEE > ao_min_pres)
 236                         {
 237                                 ao_ignite(ao_igniter_drogue);
 238                                 ao_flight_state = ao_flight_drogue;
 239                                 ao_wakeup(DATA_TO_XDATA(&ao_flight_state));
 240                         }
 241                         break;
 242                 case ao_flight_drogue:
 243
 244                         /* drogue to main deploy:
 245                          *
 246                          * accelerometer: abs(velocity) > 50m/s
 247                          * barometer: reach main deploy altitude
 248                          */
 249                         if (ao_flight_vel < VEL_MPS_TO_COUNT(-50) ||
 250                             ao_flight_vel > VEL_MPS_TO_COUNT(50) ||
 251                             ao_flight_pres >= ao_main_pres)
 252                         {
 253                                 ao_ignite(ao_igniter_main);
 254                                 ao_flight_state = ao_flight_main;
 255                                 ao_wakeup(DATA_TO_XDATA(&ao_flight_state));
 256                         }
 257                         /* fall through... */
 258                 case ao_flight_main:
 259
 260                         /* drogue/main to land:
 261                          *
 262                          * accelerometer: value stable
 263                          * barometer: altitude stable
 264                          */
 265                         if ((ao_interval_max_accel - ao_interval_min_accel) < ACCEL_LAND ||
 266                              (ao_interval_max_pres - ao_interval_min_pres) < BARO_LAND)
 267                         {
 268                                 ao_flight_state = ao_flight_landed;
 269                                 ao_wakeup(DATA_TO_XDATA(&ao_flight_state));
 270                         }
 271                         break;
 272                 case ao_flight_landed:
 273                         ao_log_stop();
 274                         break;
 275                 }
 276         }
 277 }
 278
 279 static __xdata struct ao_task   flight_task;
 280
 281 void
 282 ao_flight_init(void)
 283 {
 284         ao_flight_state = ao_flight_startup;
 285         ao_interval_min_accel = 0;
 286         ao_interval_max_accel = 0x7fff;
 287         ao_interval_min_pres = 0;
 288         ao_interval_max_pres = 0x7fff;
 289         ao_interval_end = AO_INTERVAL_TICKS;
 290
 291         ao_add_task(&flight_task, ao_flight, "flight");
 292 }
 293