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6. Hauptanwendungsdatei (main.cpp)

6.1 Übersicht

Die Datei main/main.cpp ist der Einstiegspunkt der AC Power Router-Anwendung. Sie implementiert die Funktion app_main() (Standard-Einstiegspunkt von ESP-IDF) und führt folgende Aufgaben aus:

Arduino-Core-Initialisierung — für Kompatibilität mit Arduino-Bibliotheken
Sequenzielle Initialisierung aller Systemkomponenten in strikter Reihenfolge
Einrichtung des Callback-Mechanismus für die Hauptleistungsverarbeitungsschleife
Hauptanwendungsschleife — Verarbeitung von Befehlen, WiFi, Webserver

Betriebsarchitektur

Das System arbeitet mit einer Callback-gesteuerten Architektur:

python

PowerMeterADC (DMA ADC)
       |
       | Every 200 ms (10 AC cycles)
       v
RMS Callback ────────> RouterController.update()
       |                       |
       |                       v
       |               Mode processing (AUTO/ECO/OFFGRID)
       |                       |
       |                       v
       |               DimmerHAL (dimmer control)
       v
Main Loop (100 ms)
  ├─> SerialCommand.process()
  ├─> WiFiManager.handle()
  ├─> WebServerManager.handle()
  ├─> NTPManager.handle()
  └─> Statistics (every 10 seconds)

Wichtig: Die Hauptleistungssteuerungslogik wird innerhalb des RMS-Callbacks ausgeführt, der alle 200 ms unabhängig von der Hauptschleife aufgerufen wird. Die Hauptschleife verarbeitet nur die Benutzeroberfläche (Serial, WiFi, Web).

6.2 Initialisierungsreihenfolge der Komponenten

Komponenten werden in einer strikt definierten Reihenfolge unter Berücksichtigung der Abhängigkeiten initialisiert:

Abhängigkeitsdiagramm

python

1. Arduino Core (initArduino)
   └─> 2. Serial (Serial.begin)
       └─> 3. ConfigManager (NVS)
           ├─> 4. WiFiManager (network)
           │   └─> 5. WebServerManager (REST API)
           │       └─> 6. NTPManager (time, after STA connection)
           │
           └─> 7. DimmerHAL (hardware)
               └─> 8. RouterController (control)
                   └─> 9. PowerMeterADC (measurements + callback)
                       └─> 10. SerialCommand (user interface)

Kritikalitätstabelle der Komponenten

Komponente	Kritikalität	Aktion bei Fehler	Abhängigkeiten
Arduino Core	KRITISCH	System won't start	-
ConfigManager	Mittel	Standardwerte werden verwendet	Arduino
WiFiManager	Niedrig	Betrieb nur im AP-Modus	Config
WebServerManager	Niedrig	Keine Weboberfläche	WiFi
DimmerHAL	KRITISCH	System angehalten (while(1))	Arduino
RouterController	KRITISCH	System angehalten (while(1))	DimmerHAL, Config
PowerMeterADC	KRITISCH	System angehalten (while(1))	RouterController
SerialCommand	Niedrig	Keine Serial-Schnittstelle	Config, Router
NTPManager	Niedrig	Keine Zeitsynchronisation	WiFi STA

6.3 Grundlegende main.cpp-Version

Nachfolgend eine vereinfachte Grundversion von main.cpp mit Kommentaren:

cpp

/**
 * @file main.cpp
 * @brief AC Power Router Controller - Main Entry Point
 */

#include "Arduino.h"
#include "esp_log.h"
#include "PowerMeterADC.h"
#include "DimmerHAL.h"
#include "RouterController.h"
#include "ConfigManager.h"
#include "SerialCommand.h"
#include "WiFiManager.h"
#include "WebServerManager.h"
#include "NTPManager.h"
#include "PinDefinitions.h"
#include "SensorTypes.h"

static const char* TAG = "MAIN";

// Mode names for logging
const char* ROUTER_MODE_NAMES[] = {"OFF", "AUTO", "MANUAL", "BOOST"};
const char* ROUTER_STATE_NAMES[] = {"IDLE", "INCREASING", "DECREASING",
                                     "AT_MAX", "AT_MIN", "ERROR"};

// Buzzer pin (disable at startup)
#define PIN_BUZZER 4

extern "C" void app_main()
{
    // ================================================================
    // STEP 1: Initialize Arduino Core
    // ================================================================
    initArduino();

    // Disable buzzer (hardware-specific)
    pinMode(PIN_BUZZER, OUTPUT);
    digitalWrite(PIN_BUZZER, HIGH);

    // ================================================================
    // STEP 2: Setup Serial for debugging
    // ================================================================
    Serial.begin(115200);
    delay(100);

    ESP_LOGI(TAG, "========================================");
    ESP_LOGI(TAG, "AC Power Router Controller");
    ESP_LOGI(TAG, "ESP-IDF Version: %s", esp_get_idf_version());
    ESP_LOGI(TAG, "========================================");

    // ================================================================
    // STEP 3: Initialize ConfigManager (NVS)
    // ================================================================
    ESP_LOGI(TAG, "Initializing ConfigManager...");
    ConfigManager& config = ConfigManager::getInstance();

    if (!config.begin()) {
        ESP_LOGE(TAG, "Failed to initialize ConfigManager!");
        ESP_LOGW(TAG, "Using default values");
        // NOT critical - continue with defaults
    }

    // ================================================================
    // STEP 4: Initialize WiFiManager
    // ================================================================
    ESP_LOGI(TAG, "Initializing WiFiManager...");
    WiFiManager& wifi = WiFiManager::getInstance();
    wifi.setHostname("ACRouter");

    // Load credentials from NVS (if available) or start AP-only
    if (!wifi.begin()) {
        ESP_LOGE(TAG, "Failed to initialize WiFiManager!");
        // NOT critical - can operate without network
    } else {
        const WiFiStatus& ws = wifi.getStatus();
        if (ws.ap_active) {
            ESP_LOGI(TAG, "WiFi AP started: %s, IP: %s",
                     ws.ap_ssid.c_str(),
                     wifi.getAPIP().toString().c_str());
        }
        if (ws.sta_connected) {
            ESP_LOGI(TAG, "WiFi STA connected: %s, IP: %s",
                     ws.sta_ssid.c_str(),
                     wifi.getSTAIP().toString().c_str());
        }
    }

    // ================================================================
    // STEP 5: Initialize WebServerManager
    // ================================================================
    ESP_LOGI(TAG, "Initializing WebServerManager...");
    WebServerManager& webserver = WebServerManager::getInstance();

    if (!webserver.begin(80, 81)) {
        ESP_LOGE(TAG, "Failed to initialize WebServerManager!");
        // NOT critical - can operate without web interface
    } else {
        ESP_LOGI(TAG, "WebServer started - HTTP:%d, WS:%d",
                 webserver.getHttpPort(), webserver.getWsPort());
    }

    // ================================================================
    // STEP 6: Configure ADC channels for measurements
    // ================================================================
    ADCChannelConfig adc_channels[4] = {
        // Channel 0: Voltage sensor on GPIO35 (ADC1_CH7)
        ADCChannelConfig(
            PIN_VOLTAGE_SENSOR,              // GPIO35
            SensorType::VOLTAGE_AC,          // ZMPT107
            SensorCalibration::ZMPT107_MULTIPLIER,  // ~0.185
            SensorCalibration::ZMPT107_OFFSET,      // ~0.5
            true                             // Enabled
        ),
        // Channel 1: Load current sensor on GPIO39 (ADC1_CH3)
        ADCChannelConfig(
            PIN_CURRENT_SENSOR_1,
            SensorType::CURRENT_LOAD,
            SensorCalibration::SCT013_030_MULTIPLIER,
            SensorCalibration::SCT013_030_OFFSET,
            true
        ),
        // Channel 2: Grid current sensor on GPIO36 (ADC1_CH0)
        ADCChannelConfig(
            PIN_CURRENT_SENSOR_2,
            SensorType::CURRENT_GRID,
            SensorCalibration::SCT013_030_MULTIPLIER,
            SensorCalibration::SCT013_030_OFFSET,
            true
        ),
        // Channel 3: Solar panel current sensor on GPIO34 (ADC1_CH6)
        ADCChannelConfig(
            PIN_CURRENT_SENSOR_3,
            SensorType::CURRENT_SOLAR,
            SensorCalibration::SCT013_030_MULTIPLIER,
            SensorCalibration::SCT013_030_OFFSET,
            true
        )
    };

    // ================================================================
    // STEP 7: Initialize DimmerHAL (CRITICAL!)
    // ================================================================
    ESP_LOGI(TAG, "Initializing DimmerHAL...");
    DimmerHAL& dimmer = DimmerHAL::getInstance();

    if (!dimmer.begin(DimmerCurve::RMS)) {
        ESP_LOGE(TAG, "Failed to initialize DimmerHAL!");
        ESP_LOGE(TAG, "System halted.");
        while(1) {
            vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
        }
    }
    ESP_LOGI(TAG, "DimmerHAL initialized, frequency=%d Hz",
             dimmer.getMainsFrequency());

    // ================================================================
    // STEP 8: Initialize RouterController (CRITICAL!)
    // ================================================================
    ESP_LOGI(TAG, "Initializing RouterController...");
    RouterController& router = RouterController::getInstance();

    if (!router.begin(&dimmer, DimmerChannel::CHANNEL_1)) {
        ESP_LOGE(TAG, "Failed to initialize RouterController!");
        ESP_LOGE(TAG, "System halted.");
        while(1) {
            vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
        }
    }

    // Apply configuration from NVS (or defaults)
    const SystemConfig& cfg = config.getConfig();
    router.setControlGain(cfg.control_gain);
    router.setBalanceThreshold(cfg.balance_threshold);
    router.setMode(static_cast(cfg.router_mode));
    if (cfg.router_mode == 2) {  // MANUAL mode
        router.setManualLevel(cfg.manual_level);
    }
    ESP_LOGI(TAG, "RouterController initialized: mode=%s, gain=%.1f, threshold=%.1f W",
             ROUTER_MODE_NAMES[cfg.router_mode],
             cfg.control_gain,
             cfg.balance_threshold);

    // ================================================================
    // STEP 9: Initialize PowerMeterADC (CRITICAL!)
    // ================================================================
    ESP_LOGI(TAG, "Initializing PowerMeterADC...");
    PowerMeterADC& powerMeter = PowerMeterADC::getInstance();

    if (!powerMeter.begin(adc_channels, 4)) {
        ESP_LOGE(TAG, "Failed to initialize PowerMeterADC!");
        ESP_LOGE(TAG, "System halted.");
        while(1) {
            vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
        }
    }

    // ================================================================
    // STEP 10: Register RMS Callback - MAIN SYSTEM DRIVER
    // ================================================================
    powerMeter.setResultsCallback([](const PowerMeterADC::Measurements& m,
                                      void* user_data) {
        // This callback is called every 200 ms with new RMS data
        // THIS IS THE MAIN DRIVER for all system processing!

        // === UPDATE ROUTERCONTROLLER ===
        // Pass measurements for AUTO/ECO/OFFGRID mode processing
        RouterController& router = RouterController::getInstance();
        router.update(m);

        // Additional logic can be added here:
        // - Data logging
        // - WebSocket transmission
        // - SD card writing
        // - etc.

    }, nullptr);

    // Start DMA ADC
    if (!powerMeter.start()) {
        ESP_LOGE(TAG, "Failed to start PowerMeterADC!");
        ESP_LOGE(TAG, "System halted.");
        while(1) {
            vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
        }
    }

    ESP_LOGI(TAG, "PowerMeterADC started successfully");

    // ================================================================
    // STEP 11: Initialize SerialCommand processor
    // ================================================================
    SerialCommand& serialCmd = SerialCommand::getInstance();
    serialCmd.begin(&config, &router);

    ESP_LOGI(TAG, "System initialization complete");
    ESP_LOGI(TAG, "Power measurement running (callback-driven)");

    // NTP Manager - initialized when WiFi STA connects
    NTPManager& ntp = NTPManager::getInstance();
    bool ntp_initialized = false;

    // ================================================================
    // MAIN LOOP - system is now callback-driven!
    // ================================================================
    while(1) {
        // Process serial commands
        serialCmd.process();

        // Process WiFi events
        wifi.handle();

        // Initialize NTP when STA connects and gets IP
        const WiFiStatus& ws = wifi.getStatus();
        if (!ntp_initialized && ws.sta_connected &&
            ws.sta_ip != IPAddress(0, 0, 0, 0)) {
            ESP_LOGI(TAG, "WiFi STA connected, initializing NTPManager...");
            // UTC+3 for Moscow, change for your timezone
            if (ntp.begin("pool.ntp.org",
                         "EET-2EEST,M3.5.0/3,M10.5.0/4",
                         3 * 3600, 3600)) {
                ESP_LOGI(TAG, "NTP started - Server: pool.ntp.org");
                ntp_initialized = true;
            } else {
                ESP_LOGE(TAG, "Failed to initialize NTPManager!");
            }
        }

        // Process WebServer requests
        webserver.handle();

        // Process NTP synchronization (if initialized)
        if (ntp_initialized) {
            ntp.handle();
        }

        // Statistics every 10 seconds
        static uint32_t last_stats = 0;
        uint32_t now = millis();
        if (now - last_stats >= 10000) {
            ESP_LOGI(TAG, "Statistics: Frames=%lu, Dropped=%lu, RMS=%lu, Freq=%dHz",
                     powerMeter.getFramesProcessed(),
                     powerMeter.getFramesDropped(),
                     powerMeter.getRMSUpdateCount(),
                     dimmer.getMainsFrequency());

            // WiFi status
            const WiFiStatus& ws = wifi.getStatus();
            if (ws.sta_connected) {
                ESP_LOGI(TAG, "WiFi STA: %s, IP=%s, RSSI=%d",
                         ws.sta_ssid.c_str(),
                         ws.sta_ip.toString().c_str(),
                         ws.rssi);
            }
            if (ws.ap_active) {
                ESP_LOGI(TAG, "WiFi AP: %s, IP=%s, clients=%d",
                         ws.ap_ssid.c_str(),
                         ws.ap_ip.toString().c_str(),
                         ws.sta_clients);
            }

            last_stats = now;
        }

        // 100 ms delay for responsive serial input
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(100));
    }
}

6.4 Funktion app_main() — Detaillierte Analyse

6.4.1 Arduino-Core-Initialisierung

cpp

extern "C" void app_main()
{
    initArduino();

Zweck: Initialisiert die Arduino-kompatible Schicht über ESP-IDF.

What it does:
- Creates Arduino loop task
- Initializes GPIO, I2C, SPI HAL
- Starts FreeRTOS scheduler for Arduino tasks
- Configures Serial UART0

Important: Without this call, Serial, pinMode(), digitalWrite(), millis() and other Arduino functions won't work.

6.4.2 Serial-Debug-Einrichtung

cpp

Serial.begin(115200);
delay(100);

ESP_LOGI(TAG, "========================================");
ESP_LOGI(TAG, "AC Power Router Controller");
ESP_LOGI(TAG, "ESP-IDF Version: %s", esp_get_idf_version());
ESP_LOGI(TAG, "========================================");

Parameters:
- Speed: 115200 baud (standard for ESP32)
- 100 ms delay for UART stabilization

Startausgabe:

python

========================================
AC Power Router Controller
ESP-IDF Version: v5.5.1
========================================

6.4.3 ConfigManager-Initialisierung

cpp

ConfigManager& config = ConfigManager::getInstance();

if (!config.begin()) {
    ESP_LOGE(TAG, "Failed to initialize ConfigManager!");
    ESP_LOGW(TAG, "Using default values");
}

What it does:
- Opens NVS namespace "acrouter"
- Loads saved parameters: router_mode, control_gain, balance_threshold, manual_level
- If NVS is empty or error - uses defaults

Kritikalität: Niedrig — System arbeitet mit Standardwerten weiter.

Standardwerte (aus ConfigManager.cpp):

cpp

router_mode = 0;           // OFF
control_gain = 800.0f;     // Proportional controller coefficient
balance_threshold = 50.0f; // Balance threshold ±50 W
manual_level = 0;          // Dimmer 0% in MANUAL mode

6.4.4 WiFiManager-Initialisierung

cpp

WiFiManager& wifi = WiFiManager::getInstance();
wifi.setHostname("ACRouter");

if (!wifi.begin()) {
    ESP_LOGE(TAG, "Failed to initialize WiFiManager!");
}

What it does:
- Loads WiFi credentials from NVS namespace "wifi" (if available)
- If credentials exist - connects to STA + starts AP
- If no credentials - starts only AP: ACRouter-XXXXXX

Zwei Konfigurationsoptionen:

Option 1: Fest codierte Zugangsdaten (zum Testen)

cpp

WiFiConfig wifiConfig;
strncpy(wifiConfig.sta_ssid, "MyNetwork", sizeof(wifiConfig.sta_ssid) - 1);
strncpy(wifiConfig.sta_password, "MyPassword123", sizeof(wifiConfig.sta_password) - 1);
if (!wifi.begin(wifiConfig)) {
    ESP_LOGE(TAG, "Failed to initialize WiFiManager!");
}

Option 2: Aus NVS über Serial-Befehl (empfohlen)

bash

# Via Serial command:
wifi-connect MyNetwork MyPassword123

Zugangsdaten werden in NVS gespeichert und bei jedem Start automatisch geladen.

Kritikalität: Niedrig — System arbeitet ohne Netzwerk nur im AP-Modus.

6.4.5 WebServerManager-Initialisierung

cpp

WebServerManager& webserver = WebServerManager::getInstance();

if (!webserver.begin(80, 81)) {
    ESP_LOGE(TAG, "Failed to initialize WebServerManager!");
} else {
    ESP_LOGI(TAG, "WebServer started - HTTP:%d, WS:%d",
             webserver.getHttpPort(), webserver.getWsPort());
}

Parameters:
- HTTP port: 80 (REST API)
- WebSocket port: 81 (real-time data)

Dependencies:
- Requires initialized WiFiManager
- Works on both AP IP (192.168.4.1) and STA IP

Kritikalität: Niedrig — Steuerung über Serial möglich.

6.4.6 ADC-Kanal-Konfiguration

cpp

ADCChannelConfig adc_channels[4] = {
    ADCChannelConfig(
        PIN_VOLTAGE_SENSOR,              // GPIO35
        SensorType::VOLTAGE_AC,          // ZMPT107
        SensorCalibration::ZMPT107_MULTIPLIER,  // ~0.185
        SensorCalibration::ZMPT107_OFFSET,      // ~0.5
        true                             // enabled
    ),
    // ... remaining 3 channels
};

ADCChannelConfig-Struktur:

cpp

struct ADCChannelConfig {
    gpio_num_t gpio;          // GPIO pin (ADC1: 32-39)
    SensorType type;          // Sensor type
    float multiplier;         // Calibration multiplier
    float offset;             // ADC offset (usually 0.5)
    bool enabled;             // Channel enabled/disabled
};

Sensor types:
- VOLTAGE_AC: ZMPT107 (220V AC voltage)
- CURRENT_LOAD: ACS-712 or SCT-013 (dimmer current)
- CURRENT_GRID: SCT-013 (grid current)
- CURRENT_SOLAR: SCT-013 (solar panel current)

GPIO-Pins (aus PinDefinitions.h):

cpp

#define PIN_VOLTAGE_SENSOR    35  // ADC1_CH7
#define PIN_CURRENT_SENSOR_1  39  // ADC1_CH3 (Load)
#define PIN_CURRENT_SENSOR_2  36  // ADC1_CH0 (Grid)
#define PIN_CURRENT_SENSOR_3  34  // ADC1_CH6 (Solar)

6.4.7 DimmerHAL-Initialisierung (KRITISCH!)

cpp

DimmerHAL& dimmer = DimmerHAL::getInstance();

if (!dimmer.begin(DimmerCurve::RMS)) {
    ESP_LOGE(TAG, "Failed to initialize DimmerHAL!");
    ESP_LOGE(TAG, "System halted.");
    while(1) {
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
    }
}

What it does:
- Initializes zero-crossing detector on GPIO26
- Configures TRIAC control pins (GPIO22, GPIO23)
- Starts FreeRTOS task for mains synchronization
- Detects mains frequency (50 or 60 Hz)

DimmerCurve parameter:
- DimmerCurve::RMS: Linear curve for heating elements (resistors)
- DimmerCurve::LINEAR: For incandescent lamps (not used)

Kritikalität: MAXIMAL — ohne DimmerHAL ist eine Leistungssteuerung nicht möglich. Bei Fehler hält das System an (while(1)).

Possible errors:
- No zero-crossing signal (mains not connected)
- Zero-crossing detector malfunction (H11AA1)
- GPIO conflict

6.4.8 RouterController-Initialisierung (KRITISCH!)

cpp

RouterController& router = RouterController::getInstance();

if (!router.begin(&dimmer, DimmerChannel::CHANNEL_1)) {
    ESP_LOGE(TAG, "Failed to initialize RouterController!");
    ESP_LOGE(TAG, "System halted.");
    while(1) {
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
    }
}

// Apply configuration from NVS
const SystemConfig& cfg = config.getConfig();
router.setControlGain(cfg.control_gain);
router.setBalanceThreshold(cfg.balance_threshold);
router.setMode(static_cast(cfg.router_mode));
if (cfg.router_mode == 2) {  // MANUAL mode
    router.setManualLevel(cfg.manual_level);
}

Parameters:
- dimmer: Pointer to DimmerHAL
- channel: DimmerChannel::CHANNEL_1 (first of two dimmer channels)

Settings from NVS:
- control_gain: P-controller coefficient (default 800.0)
- balance_threshold: Balance threshold (default 50.0 W)
- router_mode: Operating mode (default OFF)
- manual_level: Dimmer level for MANUAL mode (default 0%)

Criticality: MAXIMUM - without RouterController, there's no control logic.

6.4.9 PowerMeterADC-Initialisierung (KRITISCH!)

cpp

PowerMeterADC& powerMeter = PowerMeterADC::getInstance();

if (!powerMeter.begin(adc_channels, 4)) {
    ESP_LOGE(TAG, "Failed to initialize PowerMeterADC!");
    ESP_LOGE(TAG, "System halted.");
    while(1) {
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
    }
}

What it does:
- Configures ADC1 in continuous (DMA) mode
- Sampling frequency: 10 kHz per channel (80 kHz total for 8 channels)
- Creates DMA buffers
- Starts callback processing every 10 ms (DMA frame)
- Calculates RMS every 200 ms (20 frames)

Kritikalität: MAXIMAL — ohne PowerMeterADC gibt es keine Leistungsmessungen.

6.4.10 RMS-Callback-Registrierung — Hauptsystemtreiber

cpp

powerMeter.setResultsCallback([](const PowerMeterADC::Measurements& m,
                                  void* user_data) {
    // Called every 200 ms with new RMS data

    RouterController& router = RouterController::getInstance();
    router.update(m);  // MAIN CONTROL LOGIC!

}, nullptr);

Aufruffrequenz: Alle 200 ms (5 Mal pro Sekunde)

What happens inside the callback:
1. RouterController::update(m) receives measurements:
- m.voltage_rms: Grid voltage (V)
- m.current_rms[]: Currents on 4 channels (A)
- m.power_active[]: Active power (W)
- m.direction[]: Current direction (consumption/generation)

RouterController analysiert den Modus:
AUTO: P_grid → 0 (Proportionalregler)
ECO: P_grid ≤ 0 (Anti-Export)
OFFGRID: P_load ≤ 0.8 × P_solar
MANUAL: Feste Stufe
BOOST: 100% Leistung
OFF: 0% Leistung
DimmerHAL setzt den Leistungspegel am TRIAC

WICHTIG: Dies ist die einzige Stelle im Code, an der Leistungssteuerung stattfindet! Die Hauptschleife verarbeitet nur die Benutzeroberfläche.

6.4.11 Start von PowerMeterADC

cpp

if (!powerMeter.start()) {
    ESP_LOGE(TAG, "Failed to start PowerMeterADC!");
    ESP_LOGE(TAG, "System halted.");
    while(1) {
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
    }
}

ESP_LOGI(TAG, "PowerMeterADC started successfully");

What it does:
- Starts DMA ADC pipeline
- Begins calling DMA callbacks every 10 ms
- Starts RMS callback every 200 ms

Ab diesem Zeitpunkt ist das System vollständig Callback-gesteuert — die Leistungssteuerung arbeitet unabhängig von der Hauptschleife.

6.4.12 SerialCommand-Initialisierung

cpp

SerialCommand& serialCmd = SerialCommand::getInstance();
serialCmd.begin(&config, &router);

ESP_LOGI(TAG, "System initialization complete");
ESP_LOGI(TAG, "Power measurement running (callback-driven)");

What it does:
- Registers Serial interface commands
- Links commands to ConfigManager and RouterController
- Enables system control via UART

Befehlsbeispiele:

bash

status                    # Show system status
set-mode auto            # Switch to AUTO mode
set-gain 800             # Set gain coefficient
calibrate-adc 0 1.0 0.5  # Calibrate ADC channel 0

Die vollständige Befehlsliste folgt im nächsten Dokumentationsabschnitt (07_COMMANDS.md).

6.5 Hauptschleife

Nach der Initialisierung aller Komponenten startet die endlose Hauptschleife:

cpp

while(1) {
    // 1. Process serial commands
    serialCmd.process();

    // 2. Process WiFi events
    wifi.handle();

    // 3. Initialize NTP when STA connects
    const WiFiStatus& ws = wifi.getStatus();
    if (!ntp_initialized && ws.sta_connected &&
        ws.sta_ip != IPAddress(0, 0, 0, 0)) {
        // NTPManager initialization...
    }

    // 4. Process WebServer requests
    webserver.handle();

    // 5. Process NTP synchronization
    if (ntp_initialized) {
        ntp.handle();
    }

    // 6. Statistics every 10 seconds
    static uint32_t last_stats = 0;
    uint32_t now = millis();
    if (now - last_stats >= 10000) {
        // Output statistics...
        last_stats = now;
    }

    // 7. 100 ms delay
    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(100));
}

Aufgaben der Hauptschleife

Aufgabe	Häufigkeit	Zweck
`serialCmd.process()`	Alle 100 ms	Befehle über Serial UART verarbeiten
`wifi.handle()`	Alle 100 ms	Wiederverbindung, AP-Keepalive, Ereignisse
NTP-Initialisierung	Einmalig bei STA-Verbindung	Zeitsynchronisation starten
`webserver.handle()`	Alle 100 ms	HTTP/WebSocket-Anfragen verarbeiten
`ntp.handle()`	Alle 100 ms	Periodische Synchronisation (stündlich)
Statistiken	Alle 10 Sekunden	Serial-Protokollierung

Wichtig: Die Hauptschleife steuert NICHT die Leistung! Dies geschieht durch den RMS-Callback alle 200 ms unabhängig.

6.5.1 NTP Manager — Verzögerte Initialisierung

cpp

NTPManager& ntp = NTPManager::getInstance();
bool ntp_initialized = false;

// Inside main loop:
const WiFiStatus& ws = wifi.getStatus();
if (!ntp_initialized && ws.sta_connected &&
    ws.sta_ip != IPAddress(0, 0, 0, 0)) {
    ESP_LOGI(TAG, "WiFi STA connected, initializing NTPManager...");
    if (ntp.begin("pool.ntp.org",
                 "EET-2EEST,M3.5.0/3,M10.5.0/4",  // Timezone
                 3 * 3600,                         // GMT offset (UTC+3)
                 3600)) {                          // DST offset (1 hour)
        ESP_LOGI(TAG, "NTP started - Server: pool.ntp.org");
        ntp_initialized = true;
    } else {
        ESP_LOGE(TAG, "Failed to initialize NTPManager!");
    }
}

Why deferred initialization?
- NTP requires internet connection (STA mode)
- In AP-only mode, NTP is not needed
- When STA connects - starts automatically

NTP parameters:
- Server: pool.ntp.org (public NTP server pool)
- Timezone: EET-2EEST,M3.5.0/3,M10.5.0/4 (UTC+3 with daylight saving time transition)
- GMT offset: 3 * 3600 = 10800 seconds (UTC+3)
- DST offset: 3600 seconds (1 hour)

Für andere Zeitzonen anpassen:

cpp

// UTC+0 (London)
ntp.begin("pool.ntp.org", "GMT0BST,M3.5.0/1,M10.5.0", 0, 3600);

// UTC-5 (New York)
ntp.begin("pool.ntp.org", "EST5EDT,M3.2.0,M11.1.0", -5 * 3600, 3600);

// UTC+8 (Beijing)
ntp.begin("pool.ntp.org", "CST-8", 8 * 3600, 0);

6.5.2 Statistiken alle 10 Sekunden

cpp

static uint32_t last_stats = 0;
uint32_t now = millis();
if (now - last_stats >= 10000) {
    ESP_LOGI(TAG, "Statistics: Frames=%lu, Dropped=%lu, RMS=%lu, Freq=%dHz",
             powerMeter.getFramesProcessed(),
             powerMeter.getFramesDropped(),
             powerMeter.getRMSUpdateCount(),
             dimmer.getMainsFrequency());

    // WiFi status
    const WiFiStatus& ws = wifi.getStatus();
    if (ws.sta_connected) {
        ESP_LOGI(TAG, "WiFi STA: %s, IP=%s, RSSI=%d",
                 ws.sta_ssid.c_str(),
                 ws.sta_ip.toString().c_str(),
                 ws.rssi);
    }
    if (ws.ap_active) {
        ESP_LOGI(TAG, "WiFi AP: %s, IP=%s, clients=%d",
                 ws.ap_ssid.c_str(),
                 ws.ap_ip.toString().c_str(),
                 ws.sta_clients);
    }

    last_stats = now;
}

Serial-Ausgabe:

python

I (10000) MAIN: Statistics: Frames=1000, Dropped=0, RMS=50, Freq=50Hz
I (10000) MAIN: WiFi STA: MyNetwork, IP=192.168.1.100, RSSI=-45
I (10000) MAIN: WiFi AP: ACRouter-ABCD, IP=192.168.4.1, clients=1

Statistics parameters:
- Frames: Number of DMA frames (every 10 ms)
- Dropped: Dropped frames (should be 0!)
- RMS: Number of RMS calculations (every 200 ms)
- Freq: Detected mains frequency (50 or 60 Hz)

6.6 Minimalversion (ohne WiFi und WebServer)

For systems that don't need network interface:

cpp

extern "C" void app_main()
{
    initArduino();
    Serial.begin(115200);
    delay(100);

    ESP_LOGI(TAG, "AC Power Router - Minimal Version");

    // ConfigManager
    ConfigManager& config = ConfigManager::getInstance();
    config.begin();

    // ADC channels configuration
    ADCChannelConfig adc_channels[4] = {
        // ... (same as above)
    };

    // DimmerHAL
    DimmerHAL& dimmer = DimmerHAL::getInstance();
    if (!dimmer.begin(DimmerCurve::RMS)) {
        ESP_LOGE(TAG, "DimmerHAL init failed!");
        while(1) { vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000)); }
    }

    // RouterController
    RouterController& router = RouterController::getInstance();
    if (!router.begin(&dimmer, DimmerChannel::CHANNEL_1)) {
        ESP_LOGE(TAG, "RouterController init failed!");
        while(1) { vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000)); }
    }

    const SystemConfig& cfg = config.getConfig();
    router.setControlGain(cfg.control_gain);
    router.setBalanceThreshold(cfg.balance_threshold);
    router.setMode(static_cast(cfg.router_mode));

    // PowerMeterADC
    PowerMeterADC& powerMeter = PowerMeterADC::getInstance();
    if (!powerMeter.begin(adc_channels, 4)) {
        ESP_LOGE(TAG, "PowerMeterADC init failed!");
        while(1) { vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000)); }
    }

    // RMS Callback
    powerMeter.setResultsCallback([](const PowerMeterADC::Measurements& m,
                                      void* user_data) {
        RouterController& router = RouterController::getInstance();
        router.update(m);
    }, nullptr);

    if (!powerMeter.start()) {
        ESP_LOGE(TAG, "PowerMeterADC start failed!");
        while(1) { vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000)); }
    }

    // SerialCommand
    SerialCommand& serialCmd = SerialCommand::getInstance();
    serialCmd.begin(&config, &router);

    ESP_LOGI(TAG, "System ready (minimal mode)");

    // Main loop
    while(1) {
        serialCmd.process();
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(100));
    }
}

Minimal version advantages:
- Less memory usage (no WiFi/WebServer)
- Faster startup
- Fewer dependencies
- Control only via Serial

Disadvantages:
- No remote access
- No web interface
- No time synchronization

6.7 Arduino-Format-Anwendung

Für diejenigen, die das Standard-Arduino-Format mit setup()- und loop()-Funktionen bevorzugen, zeigt der folgende Abschnitt, wie der Code in diesem Stil organisiert wird.

Wichtig: In ESP-IDF mit Arduino Core werden die Funktionen setup() und loop() automatisch aus app_main() aufgerufen. Wenn Sie eine main.cpp-Datei mit app_main() erstellen, können Sie setup() und loop() nicht verwenden — sie konflikten. Wenn Sie jedoch in der Arduino IDE mit dem Arduino-Framework arbeiten, verwenden Sie das folgende Format.

6.7.1 Globale Variablen

cpp

/**
 * @file ACRouter.ino
 * @brief AC Power Router Controller - Arduino Format
 */

#include "Arduino.h"
#include "esp_log.h"
#include "PowerMeterADC.h"
#include "DimmerHAL.h"
#include "RouterController.h"
#include "ConfigManager.h"
#include "SerialCommand.h"
#include "WiFiManager.h"
#include "WebServerManager.h"
#include "NTPManager.h"
#include "PinDefinitions.h"
#include "SensorTypes.h"

static const char* TAG = "ACROUTER";

// Global component references (for use in loop)
ConfigManager* g_config = nullptr;
WiFiManager* g_wifi = nullptr;
WebServerManager* g_webserver = nullptr;
NTPManager* g_ntp = nullptr;
SerialCommand* g_serialCmd = nullptr;
PowerMeterADC* g_powerMeter = nullptr;
DimmerHAL* g_dimmer = nullptr;
RouterController* g_router = nullptr;

// State flags
bool g_ntp_initialized = false;
uint32_t g_last_stats = 0;

// Buzzer pin
#define PIN_BUZZER 4

6.7.2 Funktion setup()

cpp

void setup()
{
    // ================================================================
    // STEP 1: Disable buzzer
    // ================================================================
    pinMode(PIN_BUZZER, OUTPUT);
    digitalWrite(PIN_BUZZER, HIGH);

    // ================================================================
    // STEP 2: Setup Serial for debugging
    // ================================================================
    Serial.begin(115200);
    delay(100);

    Serial.println("========================================");
    Serial.println("AC Power Router Controller");
    Serial.print("ESP-IDF Version: ");
    Serial.println(esp_get_idf_version());
    Serial.println("========================================");

    // ================================================================
    // STEP 3: Initialize ConfigManager (NVS)
    // ================================================================
    Serial.println("Initializing ConfigManager...");
    g_config = &ConfigManager::getInstance();

    if (!g_config->begin()) {
        Serial.println("ERROR: Failed to initialize ConfigManager!");
        Serial.println("WARNING: Using default values");
    }

    // ================================================================
    // STEP 4: Initialize WiFiManager
    // ================================================================
    Serial.println("Initializing WiFiManager...");
    g_wifi = &WiFiManager::getInstance();
    g_wifi->setHostname("ACRouter");

    if (!g_wifi->begin()) {
        Serial.println("ERROR: Failed to initialize WiFiManager!");
    } else {
        const WiFiStatus& ws = g_wifi->getStatus();
        if (ws.ap_active) {
            Serial.print("WiFi AP started: ");
            Serial.print(ws.ap_ssid);
            Serial.print(", IP: ");
            Serial.println(g_wifi->getAPIP().toString());
        }
        if (ws.sta_connected) {
            Serial.print("WiFi STA connected: ");
            Serial.print(ws.sta_ssid);
            Serial.print(", IP: ");
            Serial.println(g_wifi->getSTAIP().toString());
        }
    }

    // ================================================================
    // STEP 5: Initialize WebServerManager
    // ================================================================
    Serial.println("Initializing WebServerManager...");
    g_webserver = &WebServerManager::getInstance();

    if (!g_webserver->begin(80, 81)) {
        Serial.println("ERROR: Failed to initialize WebServerManager!");
    } else {
        Serial.print("WebServer started - HTTP:");
        Serial.print(g_webserver->getHttpPort());
        Serial.print(", WS:");
        Serial.println(g_webserver->getWsPort());
    }

    // ================================================================
    // STEP 6: Configure ADC channels for measurements
    // ================================================================
    static ADCChannelConfig adc_channels[4] = {
        // Channel 0: Voltage sensor on GPIO35 (ADC1_CH7)
        ADCChannelConfig(
            PIN_VOLTAGE_SENSOR,
            SensorType::VOLTAGE_AC,
            SensorCalibration::ZMPT107_MULTIPLIER,
            SensorCalibration::ZMPT107_OFFSET,
            true
        ),
        // Channel 1: Load current sensor on GPIO39 (ADC1_CH3)
        ADCChannelConfig(
            PIN_CURRENT_SENSOR_1,
            SensorType::CURRENT_LOAD,
            SensorCalibration::SCT013_030_MULTIPLIER,
            SensorCalibration::SCT013_030_OFFSET,
            true
        ),
        // Channel 2: Grid current sensor on GPIO36 (ADC1_CH0)
        ADCChannelConfig(
            PIN_CURRENT_SENSOR_2,
            SensorType::CURRENT_GRID,
            SensorCalibration::SCT013_030_MULTIPLIER,
            SensorCalibration::SCT013_030_OFFSET,
            true
        ),
        // Channel 3: Solar panel current sensor on GPIO34 (ADC1_CH6)
        ADCChannelConfig(
            PIN_CURRENT_SENSOR_3,
            SensorType::CURRENT_SOLAR,
            SensorCalibration::SCT013_030_MULTIPLIER,
            SensorCalibration::SCT013_030_OFFSET,
            true
        )
    };

    // ================================================================
    // STEP 7: Initialize DimmerHAL (CRITICAL!)
    // ================================================================
    Serial.println("Initializing DimmerHAL...");
    g_dimmer = &DimmerHAL::getInstance();

    if (!g_dimmer->begin(DimmerCurve::RMS)) {
        Serial.println("ERROR: Failed to initialize DimmerHAL!");
        Serial.println("System halted.");
        while(1) {
            delay(1000);
        }
    }
    Serial.print("DimmerHAL initialized, frequency=");
    Serial.print(g_dimmer->getMainsFrequency());
    Serial.println(" Hz");

    // ================================================================
    // STEP 8: Initialize RouterController (CRITICAL!)
    // ================================================================
    Serial.println("Initializing RouterController...");
    g_router = &RouterController::getInstance();

    if (!g_router->begin(g_dimmer, DimmerChannel::CHANNEL_1)) {
        Serial.println("ERROR: Failed to initialize RouterController!");
        Serial.println("System halted.");
        while(1) {
            delay(1000);
        }
    }

    // Apply configuration from NVS (or defaults)
    const SystemConfig& cfg = g_config->getConfig();
    g_router->setControlGain(cfg.control_gain);
    g_router->setBalanceThreshold(cfg.balance_threshold);
    g_router->setMode(static_cast(cfg.router_mode));
    if (cfg.router_mode == 2) {  // MANUAL mode
        g_router->setManualLevel(cfg.manual_level);
    }
    Serial.print("RouterController initialized: mode=");
    Serial.print(cfg.router_mode);
    Serial.print(", gain=");
    Serial.print(cfg.control_gain);
    Serial.print(", threshold=");
    Serial.print(cfg.balance_threshold);
    Serial.println(" W");

    // ================================================================
    // STEP 9: Initialize PowerMeterADC (CRITICAL!)
    // ================================================================
    Serial.println("Initializing PowerMeterADC...");
    g_powerMeter = &PowerMeterADC::getInstance();

    if (!g_powerMeter->begin(adc_channels, 4)) {
        Serial.println("ERROR: Failed to initialize PowerMeterADC!");
        Serial.println("System halted.");
        while(1) {
            delay(1000);
        }
    }

    // ================================================================
    // STEP 10: Register RMS Callback - MAIN SYSTEM DRIVER
    // ================================================================
    g_powerMeter->setResultsCallback([](const PowerMeterADC::Measurements& m,
                                         void* user_data) {
        // Called every 200 ms with new RMS data

        // Update RouterController
        g_router->update(m);

        // Additional logic can be added here:
        // - WebSocket transmission
        // - SD card writing
        // - etc.

    }, nullptr);

    // Start DMA ADC
    if (!g_powerMeter->start()) {
        Serial.println("ERROR: Failed to start PowerMeterADC!");
        Serial.println("System halted.");
        while(1) {
            delay(1000);
        }
    }

    Serial.println("PowerMeterADC started successfully");

    // ================================================================
    // STEP 11: Initialize SerialCommand processor
    // ================================================================
    g_serialCmd = &SerialCommand::getInstance();
    g_serialCmd->begin(g_config, g_router);

    // ================================================================
    // STEP 12: Initialize NTPManager (will be later in loop)
    // ================================================================
    g_ntp = &NTPManager::getInstance();

    Serial.println("System initialization complete");
    Serial.println("Power measurement running (callback-driven)");
}

6.7.3 Funktion loop()

cpp

void loop()
{
    // ================================================================
    // 1. Process serial commands
    // ================================================================
    g_serialCmd->process();

    // ================================================================
    // 2. Process WiFi events
    // ================================================================
    g_wifi->handle();

    // ================================================================
    // 3. Initialize NTP when STA connects and gets IP
    // ================================================================
    const WiFiStatus& ws = g_wifi->getStatus();
    if (!g_ntp_initialized && ws.sta_connected &&
        ws.sta_ip != IPAddress(0, 0, 0, 0)) {
        Serial.println("WiFi STA connected, initializing NTPManager...");
        // UTC+3 for Moscow, change for your timezone
        if (g_ntp->begin("pool.ntp.org",
                         "EET-2EEST,M3.5.0/3,M10.5.0/4",
                         3 * 3600, 3600)) {
            Serial.println("NTP started - Server: pool.ntp.org");
            g_ntp_initialized = true;
        } else {
            Serial.println("ERROR: Failed to initialize NTPManager!");
        }
    }

    // ================================================================
    // 4. Process WebServer requests
    // ================================================================
    g_webserver->handle();

    // ================================================================
    // 5. Process NTP synchronization (if initialized)
    // ================================================================
    if (g_ntp_initialized) {
        g_ntp->handle();
    }

    // ================================================================
    // 6. Statistics every 10 seconds
    // ================================================================
    uint32_t now = millis();
    if (now - g_last_stats >= 10000) {
        Serial.print("Statistics: Frames=");
        Serial.print(g_powerMeter->getFramesProcessed());
        Serial.print(", Dropped=");
        Serial.print(g_powerMeter->getFramesDropped());
        Serial.print(", RMS=");
        Serial.print(g_powerMeter->getRMSUpdateCount());
        Serial.print(", Freq=");
        Serial.print(g_dimmer->getMainsFrequency());
        Serial.println("Hz");

        // WiFi status
        if (ws.sta_connected) {
            Serial.print("WiFi STA: ");
            Serial.print(ws.sta_ssid);
            Serial.print(", IP=");
            Serial.print(ws.sta_ip.toString());
            Serial.print(", RSSI=");
            Serial.println(ws.rssi);
        }
        if (ws.ap_active) {
            Serial.print("WiFi AP: ");
            Serial.print(ws.ap_ssid);
            Serial.print(", IP=");
            Serial.print(ws.ap_ip.toString());
            Serial.print(", clients=");
            Serial.println(ws.sta_clients);
        }

        g_last_stats = now;
    }

    // ================================================================
    // 7. 100 ms delay for responsive serial input
    // ================================================================
    delay(100);
}

6.7.4 Vergleich: app_main() vs setup()/loop()

Aspekt	app_main()	setup() + loop()
Einstiegspunkt	`extern "C" void app_main()`	`void setup()` + `void loop()`
Globale Variablen	Nicht erforderlich (lokal in app_main)	Erforderlich (für Zugriff aus loop)
Endlosschleife	Explizites `while(1)`	Automatischer loop()-Aufruf
Verzögerung	`vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(100))`	`delay(100)`
FreeRTOS	Direkter Zugriff	Über Arduino-Wrapper
Kompatibilität	Nur ESP-IDF	Multiplattform (ESP32, AVR, etc.)

6.7.5 Minimale Arduino-Version

Vereinfachte Version ohne WiFi/WebServer für Arduino IDE:

cpp

#include "Arduino.h"
#include "esp_log.h"
#include "PowerMeterADC.h"
#include "DimmerHAL.h"
#include "RouterController.h"
#include "ConfigManager.h"
#include "SerialCommand.h"
#include "PinDefinitions.h"
#include "SensorTypes.h"

static const char* TAG = "ACROUTER";

ConfigManager* g_config = nullptr;
SerialCommand* g_serialCmd = nullptr;
PowerMeterADC* g_powerMeter = nullptr;
DimmerHAL* g_dimmer = nullptr;
RouterController* g_router = nullptr;

void setup()
{
    Serial.begin(115200);
    delay(100);
    Serial.println("AC Power Router - Minimal Arduino Version");

    // ConfigManager
    g_config = &ConfigManager::getInstance();
    g_config->begin();

    // ADC channels
    static ADCChannelConfig adc_channels[4] = {
        ADCChannelConfig(PIN_VOLTAGE_SENSOR, SensorType::VOLTAGE_AC,
                         SensorCalibration::ZMPT107_MULTIPLIER,
                         SensorCalibration::ZMPT107_OFFSET, true),
        ADCChannelConfig(PIN_CURRENT_SENSOR_1, SensorType::CURRENT_LOAD,
                         SensorCalibration::SCT013_030_MULTIPLIER,
                         SensorCalibration::SCT013_030_OFFSET, true),
        ADCChannelConfig(PIN_CURRENT_SENSOR_2, SensorType::CURRENT_GRID,
                         SensorCalibration::SCT013_030_MULTIPLIER,
                         SensorCalibration::SCT013_030_OFFSET, true),
        ADCChannelConfig(PIN_CURRENT_SENSOR_3, SensorType::CURRENT_SOLAR,
                         SensorCalibration::SCT013_030_MULTIPLIER,
                         SensorCalibration::SCT013_030_OFFSET, true)
    };

    // DimmerHAL
    g_dimmer = &DimmerHAL::getInstance();
    if (!g_dimmer->begin(DimmerCurve::RMS)) {
        Serial.println("ERROR: DimmerHAL init failed!");
        while(1) { delay(1000); }
    }

    // RouterController
    g_router = &RouterController::getInstance();
    if (!g_router->begin(g_dimmer, DimmerChannel::CHANNEL_1)) {
        Serial.println("ERROR: RouterController init failed!");
        while(1) { delay(1000); }
    }

    const SystemConfig& cfg = g_config->getConfig();
    g_router->setControlGain(cfg.control_gain);
    g_router->setBalanceThreshold(cfg.balance_threshold);
    g_router->setMode(static_cast(cfg.router_mode));

    // PowerMeterADC
    g_powerMeter = &PowerMeterADC::getInstance();
    if (!g_powerMeter->begin(adc_channels, 4)) {
        Serial.println("ERROR: PowerMeterADC init failed!");
        while(1) { delay(1000); }
    }

    // RMS Callback
    g_powerMeter->setResultsCallback([](const PowerMeterADC::Measurements& m,
                                         void* user_data) {
        g_router->update(m);
    }, nullptr);

    if (!g_powerMeter->start()) {
        Serial.println("ERROR: PowerMeterADC start failed!");
        while(1) { delay(1000); }
    }

    // SerialCommand
    g_serialCmd = &SerialCommand::getInstance();
    g_serialCmd->begin(g_config, g_router);

    Serial.println("System ready");
}

void loop()
{
    g_serialCmd->process();
    delay(100);
}

6.7.6 Wichtige Unterschiede beim Arduino-Format

1. Globale Zeiger:

cpp

// In app_main() we use local references:
ConfigManager& config = ConfigManager::getInstance();

// In setup()/loop() we need global pointers:
ConfigManager* g_config = nullptr;
g_config = &ConfigManager::getInstance();

2. Verzögerungen:

cpp

// app_main():
vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(100));

// loop():
delay(100);

3. Endlosschleife:

cpp

// app_main() - explicit loop:
while(1) {
    // ...
}

// loop() - called automatically:
void loop() {
    // ... code executes infinitely
}

4. Statische Variablen in setup():

cpp

// For use in callback, static is needed:
static ADCChannelConfig adc_channels[4] = { ... };

// Otherwise the array will be deleted after exiting setup()!

6.7.7 Wann welches Format verwenden?

Use app_main() if:
- ✅ Working in ESP-IDF framework
- ✅ Need full control over FreeRTOS
- ✅ Project is ESP32 only
- ✅ Using advanced ESP-IDF features

Use setup()/loop() if:
- ✅ Working in Arduino IDE
- ✅ Using PlatformIO: check compatible of PlatformIO with ESP32 Arduino core 3.x
- ✅ Need compatibility with Arduino libraries
- ✅ More comfortable with Arduino code style
- ✅ Planning to port to other platforms

6.8 FreeRTOS-Tasks

Although main.cpp doesn't explicitly create FreeRTOS tasks, they are created inside the components:

System-Tasks-Tabelle

Aufgabe	Komponente	Priorität	Stack	Zweck
`arduino_loop`	Arduino Core	1	8192	Arduino loop()-Emulation
`dimmer_task`	DimmerHAL	10	4096	Nulldurchgangssynchronisation
`adc_dma_task`	PowerMeterADC	8	4096	DMA-Pufferverarbeitung
`wifi_task`	WiFiManager	5	4096	WiFi-Ereignisse, Wiederverbindung
`httpd_task`	WebServerManager	5	8192	HTTP/WebSocket-Server
`ntp_task`	NTPManager	3	2048	NTP-Synchronisation

Priorities (0 - lowest, 24 - highest):
- Dimmer task (10): Highest - zero-crossing timing is critical
- ADC DMA task (8): High - cannot miss DMA events
- WiFi/HTTP (5): Medium - delays are not critical
- NTP (3): Low - synchronization once per hour
- Arduino loop (1): Minimum - not used in this project

6.9 Fehlerbehandlung

Kritische Komponenten (Systemstopp)

Bei Initialisierungsfehler kritischer Komponenten hält das System an:

cpp

if (!dimmer.begin(DimmerCurve::RMS)) {
    ESP_LOGE(TAG, "Failed to initialize DimmerHAL!");
    ESP_LOGE(TAG, "System halted.");
    while(1) {
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
    }
}

Critical components:
- DimmerHAL
- RouterController
- PowerMeterADC

Halt reasons:
- No zero-crossing signal (220V mains not connected)
- ADC conflict (another component uses ADC1)
- GPIO conflict

Nicht-kritische Komponenten (Betrieb fortsetzen)

Bei Fehler nicht-kritischer Komponenten arbeitet das System weiter:

cpp

if (!config.begin()) {
    ESP_LOGE(TAG, "Failed to initialize ConfigManager!");
    ESP_LOGW(TAG, "Using default values");
    // Continue with defaults
}

Non-critical components:
- ConfigManager (defaults)
- WiFiManager (AP-only mode)
- WebServerManager (Serial control)
- NTPManager (no time)

6.10 Anpassungsbeispiele

Beispiel 1: Messwerte über Serial protokollieren

Datenausgabe zum RMS-Callback hinzufügen:

cpp

powerMeter.setResultsCallback([](const PowerMeterADC::Measurements& m,
                                  void* user_data) {
    static uint32_t callback_count = 0;
    callback_count++;

    // Update RouterController
    RouterController& router = RouterController::getInstance();
    router.update(m);

    // Log every 5 callbacks (1 second)
    if (callback_count % 5 == 0) {
        ESP_LOGI(TAG, "Voltage: %.1f V", m.voltage_rms);
        ESP_LOGI(TAG, "Power Grid: %.0f W",
                 m.power_active[PowerMeterADC::CURRENT_GRID]);
        ESP_LOGI(TAG, "Power Solar: %.0f W",
                 m.power_active[PowerMeterADC::CURRENT_SOLAR]);

        const RouterStatus& status = router.getStatus();
        ESP_LOGI(TAG, "Dimmer: %d%%", status.dimmer_percent);
    }
}, nullptr);

Beispiel 2: Daten über WebSocket senden

Echtzeit-Datenübertragung hinzufügen:

cpp

powerMeter.setResultsCallback([](const PowerMeterADC::Measurements& m,
                                  void* user_data) {
    RouterController& router = RouterController::getInstance();
    router.update(m);

    // Every callback (200 ms) send to WebSocket
    WebServerManager& ws = WebServerManager::getInstance();

    StaticJsonDocument<256> doc;
    doc["voltage"] = m.voltage_rms;
    doc["power_grid"] = m.power_active[PowerMeterADC::CURRENT_GRID];
    doc["power_solar"] = m.power_active[PowerMeterADC::CURRENT_SOLAR];
    doc["dimmer"] = router.getStatus().dimmer_percent;

    String json;
    serializeJson(doc, json);
    ws.broadcastWebSocket(json);

}, nullptr);

Beispiel 3: Auf SD-Karte schreiben

Datenprotokollierung auf SD-Karte zur Analyse:

cpp

#include "SD.h"
#include "SPI.h"

// In setup (after initialization):
if (!SD.begin(5)) {  // CS pin = GPIO5
    ESP_LOGE(TAG, "SD card mount failed!");
} else {
    ESP_LOGI(TAG, "SD card mounted");
}

// In RMS callback:
powerMeter.setResultsCallback([](const PowerMeterADC::Measurements& m,
                                  void* user_data) {
    static uint32_t count = 0;
    count++;

    RouterController& router = RouterController::getInstance();
    router.update(m);

    // Write every 5 seconds (25 callbacks)
    if (count % 25 == 0) {
        File dataFile = SD.open("/datalog.csv", FILE_APPEND);
        if (dataFile) {
            char buf[128];
            snprintf(buf, sizeof(buf), "%lu,%.1f,%.0f,%.0f,%d\n",
                     millis(),
                     m.voltage_rms,
                     m.power_active[PowerMeterADC::CURRENT_GRID],
                     m.power_active[PowerMeterADC::CURRENT_SOLAR],
                     router.getStatus().dimmer_percent);
            dataFile.print(buf);
            dataFile.close();
        }
    }
}, nullptr);

Beispiel 4: Eigener Serial-Befehl

Eigenen Befehl zu SerialCommand hinzufügen:

cpp

// After serialCmd.begin():
serialCmd.registerCommand("test", [](const char* args) {
    ESP_LOGI(TAG, "Test command executed with args: %s", args);
    Serial.println("OK");
});

// Now you can call:
// test hello world

6.11 Debugging-Checkliste

Bei Startproblemen überprüfen Sie:

☐ **Serial-Ausgabe**: Ist USB-UART angeschlossen, korrekte Geschwindigkeit (115200)?

☐ **220V-Versorgung**: Ist Netzspannung für den Nulldurchgangsdetektor angeschlossen?

☐ **GPIO-Konflikte**: Werden Pins von anderen Komponenten verwendet?

☐ **NVS-Partition**: Gibt es eine NVS-Partition in der Partitionstabelle?

☐ **Flash-Größe**: Reichen 4MB Flash für die Anwendung?

☐ **ADC-Kanäle**: Sind die Sensoren korrekt an GPIO 32-39 angeschlossen?

☐ **WiFi-Zugangsdaten**: Wurden sie per Serial-Befehl gespeichert?

☐ **Netzfrequenz**: Wird 50/60 Hz korrekt erkannt?

☐ **Verworfene Frames**: Ist `Dropped=0` in den Statistiken?

☐ **Speicher**: Ist genügend freier Heap-Speicher vorhanden?

6.12 Empfehlungen für Änderungen

✅ Sichere Änderungen:

Protokollierung hinzufügen zum RMS-Callback
Statistik-Häufigkeit ändern (von 10 Sekunden auf einen anderen Wert)
Serial-Befehle hinzufügen über serialCmd.registerCommand()
WiFi-Zugangsdaten ändern im Code oder NVS
NTP-Server und Zeitzone ändern

⚠️ Vorsicht:

ADC-Abtastfrequenz ändern — kann RMS-Berechnungen stören
Initialisierungsreihenfolge ändern — Abhängigkeiten beachten
Aufwändige Operationen zum RMS-Callback hinzufügen — Callback sollte schnell sein (< 50 ms)
FreeRTOS-Task-Prioritäten ändern — kann Nulldurchgangssynchronisation stören

❌ Gefährlich (kann das System beschädigen):

Kritische Komponenten entfernen (DimmerHAL, RouterController, PowerMeterADC)
Nulldurchgangsalgorithmus ändern in DimmerHAL
ADC1 für andere Zwecke verwenden (Konflikte mit PowerMeterADC)
Blockierende Operationen im RMS-Callback (delay, lange Schleifen)

6.13 Zusammenfassung

Die Hauptdatei main.cpp implementiert:

Sequenzielle Initialisierung aller Komponenten unter Berücksichtigung der Abhängigkeiten
Callback-gesteuerte Architektur für die Leistungssteuerung (alle 200 ms)
Nicht-blockierende Hauptschleife für die Schnittstellenverarbeitung (Serial, WiFi, Web)
Graceful Degradation — System arbeitet auch bei Fehlern nicht-kritischer Komponenten
Verzögerte Initialisierung von NTP beim Verbinden mit dem Netzwerk

Kernmerkmal: Die Leistungssteuerung erfolgt innerhalb des RMS-Callbacks, unabhängig von der Hauptschleife. Die Hauptschleife verarbeitet nur die Benutzeroberfläche.

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6. Hauptanwendungsdatei (main.cpp)

6.1 Übersicht

Betriebsarchitektur

6.2 Initialisierungsreihenfolge der Komponenten

Abhängigkeitsdiagramm

Kritikalitätstabelle der Komponenten

6.3 Grundlegende main.cpp-Version

6.4 Funktion app_main() — Detaillierte Analyse

6.4.1 Arduino-Core-Initialisierung

6.4.2 Serial-Debug-Einrichtung

6.4.3 ConfigManager-Initialisierung

6.4.4 WiFiManager-Initialisierung

Option 1: Fest codierte Zugangsdaten (zum Testen)

Option 2: Aus NVS über Serial-Befehl (empfohlen)

6.4.5 WebServerManager-Initialisierung

6.4.6 ADC-Kanal-Konfiguration

6.4.7 DimmerHAL-Initialisierung (KRITISCH!)

6.4.8 RouterController-Initialisierung (KRITISCH!)

6.4.9 PowerMeterADC-Initialisierung (KRITISCH!)

6.4.10 RMS-Callback-Registrierung — Hauptsystemtreiber

6.4.11 Start von PowerMeterADC

6.4.12 SerialCommand-Initialisierung

6.5 Hauptschleife

Aufgaben der Hauptschleife

6.5.1 NTP Manager — Verzögerte Initialisierung

6.5.2 Statistiken alle 10 Sekunden

6.6 Minimalversion (ohne WiFi und WebServer)

6.7 Arduino-Format-Anwendung

6.7.1 Globale Variablen

6.7.2 Funktion setup()

6.7.3 Funktion loop()

6.7.4 Vergleich: app_main() vs setup()/loop()

6.7.5 Minimale Arduino-Version

6.7.6 Wichtige Unterschiede beim Arduino-Format

6.7.7 Wann welches Format verwenden?

6.8 FreeRTOS-Tasks

System-Tasks-Tabelle

6.9 Fehlerbehandlung

Kritische Komponenten (Systemstopp)

Nicht-kritische Komponenten (Betrieb fortsetzen)

6.10 Anpassungsbeispiele

Beispiel 1: Messwerte über Serial protokollieren

Beispiel 2: Daten über WebSocket senden

Beispiel 3: Auf SD-Karte schreiben

Beispiel 4: Eigener Serial-Befehl

6.11 Debugging-Checkliste

6.12 Empfehlungen für Änderungen

✅ Sichere Änderungen:

⚠️ Vorsicht:

❌ Gefährlich (kann das System beschädigen):

6.13 Zusammenfassung