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4.0 KiB
C++
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#ifndef HSM_SENSOR_SIMULATOR_HPP
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#define HSM_SENSOR_SIMULATOR_HPP
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#include <cstdint>
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#include <random>
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#include <memory>
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/**
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* @brief 传感器原始数据结构
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*/
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struct SensorRawData {
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float pressure; // 气压值（hPa）
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uint32_t timestamp_ms; // 毫秒级时间戳
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uint8_t flags; // 状态标志位
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SensorRawData() : pressure(0.0f), timestamp_ms(0), flags(0) {}
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SensorRawData(float p, uint32_t ts, uint8_t f = 0)
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: pressure(p), timestamp_ms(ts), flags(f) {}
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};
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/**
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* @brief 传感器模拟器类
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*
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* 模拟气压传感器硬件，提供：
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* 1. 模拟气压数据生成
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* 2. 环形缓冲区管理（100个采样点）
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* 3. 传感器状态模拟（正常/异常）
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* 4. 噪声和漂移模拟
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*/
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class SensorSimulator {
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public:
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/**
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* @brief 构造函数
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* @param base_pressure 基础气压值（hPa）
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* @param noise_level 噪声水平
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*/
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explicit SensorSimulator(float base_pressure = 1013.25f, float noise_level = 0.5f);
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/**
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* @brief 析构函数
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*/
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~SensorSimulator();
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/**
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* @brief 初始化传感器
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* @return 初始化是否成功
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*/
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bool initialize();
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/**
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* @brief 读取一次传感器数据
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* @return 传感器原始数据
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*/
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SensorRawData readSensor();
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/**
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* @brief 获取当前气压值
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* @return 当前气压值（hPa）
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*/
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float getCurrentPressure() const;
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/**
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* @brief 获取缓冲区中的数据
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* @param count 要获取的数据点数
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* @return 数据向量
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*/
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std::vector<SensorRawData> getBufferData(size_t count) const;
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/**
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* @brief 清空缓冲区
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*/
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void clearBuffer();
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/**
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* @brief 设置传感器状态
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* @param normal 是否正常（true=正常，false=异常）
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*/
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void setSensorStatus(bool normal);
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/**
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* @brief 获取传感器状态
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* @return 是否正常
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*/
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bool isSensorNormal() const { return sensor_normal_; }
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/**
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* @brief 设置基础气压值
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* @param pressure 基础气压值
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*/
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void setBasePressure(float pressure);
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/**
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* @brief 设置噪声水平
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* @param noise_level 噪声水平
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*/
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void setNoiseLevel(float noise_level);
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/**
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* @brief 模拟高度变化
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* @param delta_height 高度变化量（米）
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*/
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void simulateHeightChange(float delta_height);
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/**
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* @brief 获取缓冲区大小
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* @return 缓冲区容量
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*/
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size_t getBufferSize() const { return BUFFER_SIZE; }
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/**
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* @brief 获取缓冲区中的数据点数
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* @return 当前数据点数
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*/
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size_t getDataCount() const { return buffer_count_; }
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private:
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static const size_t BUFFER_SIZE = 100; // 环形缓冲区容量
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std::unique_ptr<SensorRawData[]> buffer_; // 环形缓冲区
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size_t buffer_head_; // 缓冲区头指针
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size_t buffer_tail_; // 缓冲区尾指针
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size_t buffer_count_; // 当前数据点数
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float base_pressure_; // 基础气压值
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float current_pressure_; // 当前气压值
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float noise_level_; // 噪声水平
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bool sensor_normal_; // 传感器状态
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// 随机数生成器
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std::mt19937 rng_;
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std::normal_distribution<float> noise_dist_;
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/**
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* @brief 生成模拟气压值
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* @return 模拟的气压值
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*/
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float generatePressure();
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/**
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* @brief 向缓冲区添加数据
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* @param data 要添加的数据
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*/
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void addToBuffer(const SensorRawData& data);
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/**
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* @brief 获取下一个缓冲区索引
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* @param current 当前索引
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* @return 下一个索引
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*/
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size_t nextBufferIndex(size_t current) const;
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/**
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* @brief 气压随高度变化公式
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* @param height 高度变化（米）
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* @return 气压变化量
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||
*/
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||
float pressureChangeForHeight(float height) const;
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||
};
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#endif // HSM_SENSOR_SIMULATOR_HPP
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