#include <SD.h>
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_Sensor.h>
#include <Adafruit_BME280.h>
#include <TinyGPS++.h>

// Pins definieren
const int GPS_PPS_PIN = 2;       // PPS-Signal vom GPS für Sekundentakt
const int LICHTSCHRANKE_PIN = 3; // Signal von der Lichtschranke
const int SD_CS_PIN = 10;        // Chip Select für SD-Kartenleser

// Speicher-Intervall für die Lichtschranke (jeder 1800. Impuls)
const unsigned long SPEICHER_INTERVALL_IMPULSE = 1800;

// Instanzen
TinyGPSPlus gps;
Adafruit_BME280 bme; 

// Volatile Variablen für die Interrupts
volatile unsigned long ppsMicrosRef = 0;   // Systemzeit der letzten GPS-Sekunde
volatile unsigned long eventMicros = 0;    // Systemzeit des 1800. Impulses
volatile unsigned long eventPpsRef = 0;    // PPS-Referenzwert beim 1800. Impuls
volatile bool eventTriggered = false;

// Globale Zähler und Zwischenspeicher
unsigned long gesamtImpulsZaehler = 0;
unsigned long logImpulsNummer = 0;

// Globale GPS-Zeitvariablen (werden im Hintergrund aktualisiert)
volatile uint8_t gpsStunde = 0, gpsMinute = 0, gpsSekunde = 0;
volatile uint8_t gpsTag = 1, gpsMonat = 1; // Mit funktionierenden Standardwerten initialisiert
volatile uint16_t gpsJahr = 2026;          // Mit funktionierenden Standardwerten initialisiert

// Temporäre Kopien der Zeit für das sichere Loggen im Loop
uint8_t logStunde, logMinute, logSekunde, logTag, logMonat;
uint16_t logJahr;

// Interrupt-Service-Routine für den präzisen GPS-Sekundentakt (Pulse Per Second)
void ppsISR() {
  ppsMicrosRef = micros();
}

// Interrupt-Service-Routine für die Lichtschranke
void lichtschrankeISR() {
  gesamtImpulsZaehler++;
  
  // Nur beim exakt 1800. Impuls frieren wir die Zeiten ein
  if (gesamtImpulsZaehler % SPEICHER_INTERVALL_IMPULSE == 0) {
    eventMicros = micros();
    eventPpsRef = ppsMicrosRef;
    
    // GPS-Zeitstempel für diesen Moment sichern
    logStunde  = gpsStunde;
    logMinute  = gpsMinute;
    logSekunde = gpsSekunde;
    logTag     = gpsTag;
    logMonat   = gpsMonat;
    logJahr    = gpsJahr;
    
    logImpulsNummer = gesamtImpulsZaehler;
    eventTriggered = true; 
  }
}

// Hilfsfunktion zur Formatierung des CSV-Zeitstempels (DD.MM.YYYY;HH:MM:SS)
void schreibeZeitstempel(File &file, uint8_t tag, uint8_t monat, uint16_t jahr, uint8_t stunde, uint8_t minute, uint8_t sekunde) {
  // Verhindert das Schreiben von komplett ungültigen Daten (00.00.0000)
  uint8_t sichererTag = (tag == 0) ? 1 : tag;
  uint8_t sichererMonat = (monat == 0) ? 1 : monat;
  uint16_t sicheresJahr = (jahr == 0) ? 2026 : jahr;

  if (sichererTag < 10) file.print("0"); file.print(sichererTag); file.print(".");
  if (sichererMonat < 10) file.print("0"); file.print(sichererMonat); file.print(".");
  file.print(sicheresJahr);
  file.print(";");

  if (stunde < 10) file.print("0"); file.print(stunde); file.print(":");
  if (minute < 10) file.print("0"); file.print(minute); file.print(":");
  if (sekunde < 10) file.print("0"); file.print(sekunde);
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  Serial1.begin(9600); // Echte Hardware-Serielle für GPS auf Uno R4 (Pins 0/1)

  pinMode(GPS_PPS_PIN, INPUT);
  pinMode(LICHTSCHRANKE_PIN, INPUT_PULLUP);

  if (!bme.begin(0x76)) {  
    Serial.println("BME280 nicht gefunden! I2C-Adresse prüfen (0x76 oder 0x77).");
    while (1);
  }

  if (!SD.begin(SD_CS_PIN)) {
    Serial.println("SD-Kartenfehler!");
    while (1);
  }

  // Header für das gemeinsame CSV-Logfile anlegen
  if (!SD.exists("datenlog.csv")) {
    File dataFile = SD.open("datenlog.csv", FILE_WRITE);
    if (dataFile) {
      dataFile.println("Impuls_Nr;Datum_UTC;Zeit_UTC;Mikrosekunden;Temperatur_C;Luftdruck_hPa;Luftfeuchte_Prozent");
      dataFile.close();
    }
  }

  // Interrupts aktivieren
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(GPS_PPS_PIN), ppsISR, RISING);
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(LICHTSCHRANKE_PIN), lichtschrankeISR, FALLING);
  
  Serial.println("System bereit. Warte auf Lichtschranken-Impulse...");
}

void loop() {
  // 1. GPS-Daten kontinuierlich auslesen
  while (Serial1.available() > 0) {
    if (gps.encode(Serial1.read())) {
      if (gps.time.isUpdated() && gps.date.isValid()) {
        noInterrupts();
        gpsStunde  = gps.time.hour();
        gpsMinute  = gps.time.minute();
        gpsSekunde = gps.time.second();
        gpsTag     = gps.date.day();
        gpsMonat   = gps.date.month();
        gpsJahr    = gps.date.year();
        interrupts();
      }
    }
  }

  // 2. Den 1800. Impuls verarbeiten und zusammen mit dem BME280 speichern
  if (eventTriggered) {
    eventTriggered = false;

    // Sub-Sekunden-Offset in Mikrosekunden berechnen
    unsigned long logSubSekundeMicros = eventMicros - eventPpsRef;

    // Umweltdaten vom BME280 genau im Moment des Logs abfragen
    float temp = bme.readTemperature();
    float pres = bme.readPressure() / 100.0F; 
    float hum  = bme.readHumidity();

    // Daten zeilenweise wegschreiben
    File dataFile = SD.open("datenlog.csv", FILE_WRITE);
    if (dataFile) {
      dataFile.print(logImpulsNummer);
      dataFile.print(";");
      
      schreibeZeitstempel(dataFile, logTag, logMonat, logJahr, logStunde, logMinute, logSekunde);
      dataFile.print(";");
      
      dataFile.print(logSubSekundeMicros);
      dataFile.print(";");
      
      dataFile.print(temp, 2);
      dataFile.print(";");
      dataFile.print(pres, 2);
      dataFile.print(";");
      dataFile.println(hum, 2); // Schließt die Zeile ab
      
      dataFile.close();
      
      Serial.print("Ziel erreicht! Impuls ");
      Serial.print(logImpulsNummer);
      Serial.println(" erfolgreich geloggt.");
    } else {
      Serial.println("Fehler: datenlog.csv konnte nicht geöffnet werden!");
    }
  }
}