src/Network/ray.cxx

   1 // ray.cxx -- "RayWoodworth" motion chair support
   2 //
   3 // Written by Alexander Perry, started May 2000
   4 //
   5 // Copyright (C) 2000, Alexander Perry, alex.perry@ieee.org
   6 //
   7 // This program is free software; you can redistribute it and/or
   8 // modify it under the terms of the GNU General Public License as
   9 // published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
  10 // License, or (at your option) any later version.
  11 //
  12 // This program is distributed in the hope that it will be useful, but
  13 // WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14 // MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  15 // General Public License for more details.
  16 //
  17 // You should have received a copy of the GNU General Public License
  18 // along with this program; if not, write to the Free Software
  19 // Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
  20 //
  21 // $Id$
  22
  23
  24 #include <simgear/debug/logstream.hxx>
  25 #include <simgear/math/fg_geodesy.hxx>
  26
  27 #include <FDM/flight.hxx>
  28 #include <Time/fg_time.hxx>
  29
  30 #include "iochannel.hxx"
  31 #include "ray.hxx"
  32
  33
  34 FGRAY::FGRAY() {
  35         chair_rising = 0.0;
  36         chair_height = 0.0;
  37         chair_heading = 0.0;
  38         chair_vertical[0] = 0.0;
  39         chair_vertical[1] = 0.0;
  40 }
  41
  42
  43 FGRAY::~FGRAY() {
  44 }
  45
  46
  47 // Ray Woodworth's motion chair has between 3 and 5 axes installed.
  48 // It expects +/- 5V signals for full scale.  In channel order, axes are:
  49 //      roll, pitch, yaw, sway, surge, heave
  50 // The drivers are capable of generating (in the same order)
  51 //      +/- 30deg, 30deg, 15deg, 12in, 12in, 12in
  52 //
  53 // In this code implementation, the voltage outputs are generated
  54 // using a ComputerBoards DDA06/Jr card and the associated Linux driver.
  55 // Data is written to the device /dev/dda06jr-A as byte triplets;
  56 // The first byte is the channel number (0-5 respectively) and
  57 // the remaining two bytes are an unsigned short for the signal.
  58
  59
  60 bool FGRAY::gen_message() {
  61     // cout << "generating RayWoodworth message" << endl;
  62     FGInterface *f = cur_fdm_state;
  63     int axis, subaxis;
  64     const double fullscale[6] = { -0.8, -0.8, -0.25, /* radians */
  65                                   -0.3, -0.3, -0.15  /* meters */ };
  66
  67     /* Figure out how big our timesteps are */
  68     double dt = 0.05; /* seconds */
  69
  70     /* get basic information about gravity */
  71     double grav_acc = -9.81;
  72     double vert_acc = f->get_A_Z_pilot() * 0.3;
  73     if ( -3.0 < vert_acc )
  74         vert_acc = -3.0;
  75
  76     for ( axis = 0; axis < 3; axis++ )
  77     {   /* Compute each angular axis together with the linear
  78            axis which is coupled by smooth coordinated flight
  79         */
  80         double ang_pos;
  81         double lin_pos, lin_acc;
  82
  83         /* Retrieve the desired components */
  84         switch ( axis ) {
  85         case 0: ang_pos = f->get_Phi();
  86                 lin_acc = f->get_A_Y_pilot() * 0.3;
  87                 break;
  88         case 1: ang_pos = f->get_Theta();
  89                 lin_acc =-f->get_A_X_pilot() * 0.3;
  90                 break;
  91         case 2: ang_pos = f->get_Psi();
  92                 lin_acc = grav_acc - vert_acc;
  93                 break;
  94         default:
  95                 ang_pos = 0.0;
  96                 lin_acc = 0.0;
  97                 break;
  98         }
  99
 100         /* Make sure the angles are reasonable onscale */
 101         while ( ang_pos < -M_PI ) {
 102                 ang_pos += 2 * M_PI;
 103         }
 104         while ( ang_pos > M_PI ) {
 105                 ang_pos -= 2 * M_PI;
 106         }
 107
 108         /* Tell interested parties what the situation is */
 109         printf ( "RAY %s, %8.3f rad %8.3f m/s/s  =>",
 110                 ((axis==0)?"Roll ":((axis==1)?"Pitch":"Yaw  ")),
 111                 ang_pos, lin_acc );
 112
 113         /* The upward direction and axis are special cases */
 114         if ( axis == 2 )
 115         {
 116         /* heave */
 117                 /* Integrate vertical acceleration into velocity,
 118                    diluted by 50% and with a 0.2 second high pass */
 119                 chair_rising += ( lin_acc - chair_rising ) * dt * 0.5;
 120                 /* Integrate velocity into position, 0.2 sec high pass */
 121                 chair_height += ( chair_rising - chair_height ) * dt * 0.5;
 122                 lin_pos = chair_height;
 123
 124         /* yaw */
 125                 /* Make sure that we walk through North cleanly */
 126                 if ( fabs ( ang_pos - chair_heading ) > M_PI )
 127                 {       /* Need to swing chair by 360 degrees */
 128                         if ( ang_pos < chair_heading )
 129                                 chair_heading -= 2 * M_PI;
 130                         else    chair_heading += 2 * M_PI;
 131                 }
 132                 /* Remove the chair heading from the true heading */
 133                 ang_pos -= chair_heading;
 134                 /* Wash out the error at 5 sec timeconstant because
 135                    a standard rate turn is 3 deg/sec and the chair
 136                    can represent 15 degrees full scale.  */
 137                 chair_heading += ang_pos * dt * 0.2;
 138                 /* If they turn fast, at 90 deg error subtract 30 deg */
 139                 if ( fabs(ang_pos) > M_PI / 2 )
 140                         chair_heading += ang_pos / 3;
 141
 142         } else
 143         {       /* 3 second low pass to find attitude and gravity vector */
 144                 chair_vertical[axis] += ( dt / 3 ) *
 145                         ( lin_acc / vert_acc + ang_pos
 146                                 - chair_vertical[axis] );
 147                 /* find out how much linear acceleration is left */
 148                 lin_acc -= chair_vertical[axis] * vert_acc;
 149                 /* reposition the pilot tilt relative to the chair */
 150                 ang_pos -= chair_vertical[axis];
 151                 /* integrate linear acceleration into a position */
 152                 lin_pos = lin_acc; /* HACK */
 153         }
 154
 155         /* Tell interested parties what we'll do */
 156         printf ( "  %8.3f deg %8.3f cm.\n",
 157                 ang_pos * 60.0, lin_pos * 100.0 );
 158
 159         /* Write the resulting numbers to the command buffer */
 160         /* The first pass number is linear, second pass is angle */
 161         for ( subaxis = axis; subaxis < 6; subaxis += 3 )
 162         {       unsigned short *dac;
 163                 /* Select the DAC in the command buffer */
 164                 buf [ 3*subaxis ] = subaxis;
 165                 dac = (unsigned short *) ( buf + 1 + 3*subaxis );
 166                 /* Select the relevant number to put there */
 167                 double propose = ( subaxis < 3 ) ? ang_pos : lin_pos;
 168                 /* Scale to the hardware's full scale range */
 169                 propose /= fullscale [ subaxis ];
 170                 /* Use a sine shaped washout on all axes */
 171                 if ( propose < -M_PI / 2 ) *dac = 0x0000; else
 172                 if ( propose >  M_PI / 2 ) *dac = 0xFFFF; else
 173                    *dac = (unsigned short) ( 32767 *
 174                                 ( 1.0 + sin ( propose ) ) );
 175         }
 176
 177         /* That concludes the per-axis calculations */
 178     }
 179
 180     /* Tell the caller what we did */
 181     length = 18;
 182
 183     /* Log bytes for debug */
 184 //    for ( axis = 0; axis < length; axis++ )
 185 //        printf ( "%02x ", (unsigned int) (unsigned char) buf[axis] );
 186 //    printf ( "\n" );
 187
 188     return true;
 189 }
 190
 191
 192 // parse RUL message
 193 bool FGRAY::parse_message() {
 194     FG_LOG( FG_IO, FG_ALERT, "RAY input not supported" );
 195
 196     return false;
 197 }
 198
 199
 200 // process work for this port
 201 bool FGRAY::process() {
 202     FGIOChannel *io = get_io_channel();
 203
 204     if ( get_direction() == out ) {
 205         gen_message();
 206         if ( ! io->write( buf, length ) ) {
 207             FG_LOG( FG_IO, FG_ALERT, "Error writing data." );
 208             return false;
 209         }
 210     } else if ( get_direction() == in ) {
 211         FG_LOG( FG_IO, FG_ALERT, "in direction not supported for RAY." );
 212         return false;
 213     }
 214
 215     return true;
 216 }