Laserkommunikation - Datenübertragung via Lichtwellen

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  Software zur Kommunikation zwischen zwei Lasern mittels Lasern & Photodioden
  Infos zum Projekt: https://fginfo.ksbg.ch/dokuwiki/doku.php?id=efinf:blc2016:bu1:projekt2:projekt
  Autoren: Teng Jiang, Luca Näf & Jannis Widmer (KSBG 2017)
 
  Funktionsweise:
    Setup:
      PINs aktualisieren
 
    Senden:
      Text in Serial Monitor eingeben.
    Empfangen:
      Serial Monitor öffnen und Text empfangen
 
**/
 
 
// PIN-Vergaben auf den Arduino Boards
#define LASERPIN 4
#define PHOTOPIN 3
 
 
enum Action {
  Send, Receive
};
 
class Info {
public:
    Info() {
      WAITTRUEBIT = 40;
      WAITFALSEBIT = 20;
      WAITBIT = 10;
      WAITAFTERBIT = 10;
      COUNTBORDER = 15;
    }
    int LASER;
    int PHOTO;
    int WAITTRUEBIT;
    int WAITFALSEBIT;
    int WAITBIT;
    int WAITAFTERBIT;
    int COUNTBORDER;
};
 
 
// Klasse um Datenpakete zu senden
class LaserWriter  {
private:
  void writeBit(bool t) {
     digitalWrite(point->LASER, HIGH);
    if(t) {
      delay(point->WAITTRUEBIT);
    }
    else {
      delay(point->WAITFALSEBIT);
    }
    digitalWrite(point->LASER, LOW);
    delay(point->WAITBIT);
  }
 
  Info *point;
protected:
  void setInfo(Info *point) {
    this->point = point;
  }
 
  // Startsignal abwarten
  void waitForCall() {
      while(!digitalRead(point->PHOTO));
      delay(point->WAITAFTERBIT);
   }
 
   // Funktion um Zeichen zu senden
   void writeByte(char t) {
     for(unsigned char st = 0; st < 8; st++) {
       writeBit(t << st & 0b10000000);
     }
   }
 
   // Funktion um Integer zu senden
   void writeInteger(int l) {
     char t;
     for(int st = 0; st < sizeof(int); st++) {
        t = 0;
       t = t | l;
       l >> 8;
       waitForCall();
       writeByte(t);
     }
   }
 
 
};
 
 
// Klasse um Datenpakete zu empfangen
class LaserReader {
private:
    Info *point;
 
protected:
    void setInfo(Info *point) {
      this->point = point;
    }
 
    // Funktion um Zeichen zu empfangen:
    char readChar(){
      // Deklarierung und Initilaisierung:
      int nextbyte = 0;
      int bitcount = 0;
      // Startsignal geben:
      digitalWrite(point->LASER, HIGH);
      delay(point->WAITAFTERBIT);
      digitalWrite(point->LASER, LOW);
      // Bytes Empfangen:
      for (int c = 0; c<8; c++) {                      // Bit-Iteration
        while(not(digitalRead(point->PHOTO))){}         // warten bis Signal empfangen wird
        while(digitalRead(point->PHOTO)){               // Zählen solange Signal vorhanden ist
          bitcount ++; delay(2);
        }
        if (bitcount < point->COUNTBORDER) {nextbyte = nextbyte << 1;} // Auswertung
        else {nextbyte = nextbyte << 1 | 1;}
        bitcount = 0;
      }
        char c = nextbyte;
        return c;
    }
 
    // Funktion um Integer zu empfangen:
    int readInt(){
        // Deklarierung und Initilaisierung
        int nextbyte = 0;
        int bitcount = 0;
        // Startsignal geben
        digitalWrite(point->LASER, HIGH);       //Eventuell Problem mit Starter bei Zahlen > 255
        delay(point->WAITAFTERBIT);
        digitalWrite(point->LASER, LOW);
        // Bytes Empfangen
        for (int c = 0; c<8; c++) {                      // Bit-Iteration
          while(not(digitalRead(point->PHOTO))){}         // warten bis Signal empfangen wird
          while(digitalRead(point->PHOTO)){               // Zählen solange Signal vorhanden ist
            bitcount ++; delay(2);
          }
          if (bitcount < point->COUNTBORDER) {nextbyte = nextbyte << 1;} // Auswertung
          else {nextbyte = nextbyte << 1 | 1;}
          bitcount = 0;
        }
        return nextbyte;
      }
 
};
 
// Protokoll-Klasse um Empfangen und Senden zu vereinbaren
class LaserProtoc : LaserWriter, LaserReader {
public:
    LaserProtoc() {
      LaserWriter::setInfo(&dInfo);
      LaserReader::setInfo(&dInfo);
    }
 
    // String Senden
    void sendString(String toSend) {
      int x = toSend.length();
      waitForCall();
      writeInteger(x);
      for(int st = 0; st < x - 1; st++) {
        waitForCall();
        writeByte(toSend[st]);
      }
    }
 
    // String empfangen
    String receiveString() {
      String ret = "";
      int x = readInt();
      for(int st = 0; st < x; st++) {
        ret += readChar();
      }
      return ret;
    }
 
    // Funktion um zu Senden und zu Empfangen
    bool drive(Action &what, String &stringVal) {
      String h = "";
      if(digitalRead(dInfo.PHOTO)) {
        what = Receive;
        while(digitalRead(dInfo.PHOTO));
        delay(50);
        stringVal = receiveString();
        return true;
      }
      h = Serial.readString();
      if(h != "") {
        Serial.println("Senden");
        digitalWrite(dInfo.LASER, HIGH);
        delay(1200);
        digitalWrite(dInfo.LASER, LOW);
        sendString(h);
        Serial.println("Gesendet");
        what = Send;
        stringVal = h;
        return true;
      }
      return false;
    }
 
    void SetLaser(int port) {
      dInfo.LASER = port;
    }
 
    void SetPhoto(int port) {
      dInfo.PHOTO = port;
    }
private:
    Info dInfo;
};
 
 
LaserProtoc lClass;
 
// PINS initialisieren
void setup() {
  lClass.SetLaser(LASERPIN);
  pinMode(LASERPIN, OUTPUT);
  lClass.SetPhoto(PHOTOPIN);
  pinMode(PHOTOPIN, INPUT);
  Serial.begin(115200);
}
 
void loop() {
 
  String l;
  Action w;
 
  if(lClass.drive(w, l)) {
    if(w == Send) {
      Serial.print("Gesendet: ");
      Serial.println(l);
    }
    else {
      Serial.print("Erhalten: ");
      Serial.print(l);
    }
  }
 
 
}