CppGenerate/include/sensor_simulator.hpp

#ifndef HSM_SENSOR_SIMULATOR_HPP
#define HSM_SENSOR_SIMULATOR_HPP

#include <cstdint>
#include <random>
#include <memory>

/**
 * @brief 传感器原始数据结构
 */
struct SensorRawData {
    float pressure;           // 气压值（hPa）
    uint32_t timestamp_ms;    // 毫秒级时间戳
    uint8_t flags;           // 状态标志位
    
    SensorRawData() : pressure(0.0f), timestamp_ms(0), flags(0) {}
    SensorRawData(float p, uint32_t ts, uint8_t f = 0) 
        : pressure(p), timestamp_ms(ts), flags(f) {}
};

/**
 * @brief 传感器模拟器类
 * 
 * 模拟气压传感器硬件，提供：
 * 1. 模拟气压数据生成
 * 2. 环形缓冲区管理（100个采样点）
 * 3. 传感器状态模拟（正常/异常）
 * 4. 噪声和漂移模拟
 */
class SensorSimulator {
public:
    /**
     * @brief 构造函数
     * @param base_pressure 基础气压值（hPa）
     * @param noise_level 噪声水平
     */
    explicit SensorSimulator(float base_pressure = 1013.25f, float noise_level = 0.5f);
    
    /**
     * @brief 析构函数
     */
    ~SensorSimulator();
    
    /**
     * @brief 初始化传感器
     * @return 初始化是否成功
     */
    bool initialize();
    
    /**
     * @brief 读取一次传感器数据
     * @return 传感器原始数据
     */
    SensorRawData readSensor();
    
    /**
     * @brief 获取当前气压值
     * @return 当前气压值（hPa）
     */
    float getCurrentPressure() const;
    
    /**
     * @brief 获取缓冲区中的数据
     * @param count 要获取的数据点数
     * @return 数据向量
     */
    std::vector<SensorRawData> getBufferData(size_t count) const;
    
    /**
     * @brief 清空缓冲区
     */
    void clearBuffer();
    
    /**
     * @brief 设置传感器状态
     * @param normal 是否正常（true=正常，false=异常）
     */
    void setSensorStatus(bool normal);
    
    /**
     * @brief 获取传感器状态
     * @return 是否正常
     */
    bool isSensorNormal() const { return sensor_normal_; }
    
    /**
     * @brief 设置基础气压值
     * @param pressure 基础气压值
     */
    void setBasePressure(float pressure);
    
    /**
     * @brief 设置噪声水平
     * @param noise_level 噪声水平
     */
    void setNoiseLevel(float noise_level);
    
    /**
     * @brief 模拟高度变化
     * @param delta_height 高度变化量（米）
     */
    void simulateHeightChange(float delta_height);
    
    /**
     * @brief 获取缓冲区大小
     * @return 缓冲区容量
     */
    size_t getBufferSize() const { return BUFFER_SIZE; }
    
    /**
     * @brief 获取缓冲区中的数据点数
     * @return 当前数据点数
     */
    size_t getDataCount() const { return buffer_count_; }

private:
    static const size_t BUFFER_SIZE = 100;  // 环形缓冲区容量
    
    std::unique_ptr<SensorRawData[]> buffer_;  // 环形缓冲区
    size_t buffer_head_;      // 缓冲区头指针
    size_t buffer_tail_;      // 缓冲区尾指针
    size_t buffer_count_;     // 当前数据点数
    
    float base_pressure_;     // 基础气压值
    float current_pressure_;  // 当前气压值
    float noise_level_;       // 噪声水平
    bool sensor_normal_;      // 传感器状态
    
    // 随机数生成器
    std::mt19937 rng_;
    std::normal_distribution<float> noise_dist_;
    
    /**
     * @brief 生成模拟气压值
     * @return 模拟的气压值
     */
    float generatePressure();
    
    /**
     * @brief 向缓冲区添加数据
     * @param data 要添加的数据
     */
    void addToBuffer(const SensorRawData& data);
    
    /**
     * @brief 获取下一个缓冲区索引
     * @param current 当前索引
     * @return 下一个索引
     */
    size_t nextBufferIndex(size_t current) const;
    
    /**
     * @brief 气压随高度变化公式
     * @param height 高度变化（米）
     * @return 气压变化量
     */
    float pressureChangeForHeight(float height) const;
};

#endif // HSM_SENSOR_SIMULATOR_HPP