【花雕学编程】Arduino动手做（249）--GC9A01屏模拟星空流星

  【Arduino】189种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）
  实验二百四十九：1.28寸圆形彩色TFT显示屏 高清IPS 模块 240*240 SPI接口GC9A01驱动
  项目之四十六：GC9A01屏之模拟静谧的星空和流星划过的耀眼效果

实验开源代码

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  【Arduino】189种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）
  实验二百四十九：1.28寸圆形彩色TFT显示屏 高清IPS 模块 240*240 SPI接口GC9A01驱动
  项目之四十六：GC9A01屏之模拟静谧的星空和流星划过的耀眼效果
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//       GC9A01---------- ESP32
//       RST ------------ NC（复位引脚，此处未连接）
//       CS ------------- D4（片选引脚，连接到ESP32的D4引脚）
//       DC ------------- D2（数据/命令选择引脚，连接到ESP32的D2引脚）
//       SDA ------------ D23 (green)（主数据输出引脚，连接到ESP32的D23引脚，绿色线）
//       SCL ------------ D18 (yellow)（时钟信号引脚，连接到ESP32的D18引脚，黄色线）
//       GND ------------ GND（接地引脚，连接到ESP32的接地端）
//       VCC -------------3V3（电源引脚，连接到ESP32的3.3V电源）

#include "SPI.h"
#include "Adafruit_GFX.h"
#include "Adafruit_GC9A01A.h"

// 定义屏幕引脚
#define TFT_CS 4        // 片选引脚
#define TFT_DC 2        // 数据/命令引脚
#define TFT_RST -1      // 重置引脚（未使用时设置为 -1）

// 初始化屏幕对象
Adafruit_GC9A01A tft = Adafruit_GC9A01A(TFT_CS, TFT_DC, TFT_RST);

// 星空参数
#define STAR_COUNT 80       // 星星数量
#define METEOR_COUNT 3      // 同时显示的流星数量
#define SCREEN_WIDTH 240    // 屏幕宽度
#define SCREEN_HEIGHT 240   // 屏幕高度
#define FRAME_DELAY 40      // 每帧延迟

// 星星结构体
struct Star {
    int x, y;               // 星星位置
    uint16_t color;         // 星星颜色
};

// 流星结构体
struct Meteor {
    float x, y;             // 流星当前位置
    float vx, vy;           // 流星速度
    int length;             // 流星长度
    uint16_t color;         // 流星颜色
    bool active;            // 流星是否活跃
};

// 星星数组
Star stars[STAR_COUNT];

// 流星数组
Meteor meteors[METEOR_COUNT];

// 初始化星星
void initializeStars() {
    for (int i = 0; i < STAR_COUNT; i++) {
        stars[i].x = random(0, SCREEN_WIDTH);
        stars[i].y = random(0, SCREEN_HEIGHT);
        stars[i].color = tft.color565(random(200, 255), random(200, 255), random(200, 255)); // 明亮颜色
    }
}

// 初始化流星
void initializeMeteors() {
    for (int i = 0; i < METEOR_COUNT; i++) {
        meteors[i].x = random(0, SCREEN_WIDTH);
        meteors[i].y = random(-SCREEN_HEIGHT, 0);           // 从屏幕顶部外开始
        meteors[i].vx = random(-2, -1);                    // 负速度，向左运动
        meteors[i].vy = random(2, 4);                      // 正速度，向下运动
        meteors[i].length = random(10, 20);                // 随机流星长度
        meteors[i].color = tft.color565(random(100, 255), random(100, 255), random(100, 255)); // 较亮颜色
        meteors[i].active = true;                          // 设置为活跃状态
    }
}

// 绘制星星
void drawStars() {
    for (int i = 0; i < STAR_COUNT; i++) {
        tft.drawPixel(stars[i].x, stars[i].y, stars[i].color);
    }
}

// 更新流星位置
void updateMeteors() {
    for (int i = 0; i < METEOR_COUNT; i++) {
        if (meteors[i].active) {
            meteors[i].x += meteors[i].vx; // 更新流星位置
            meteors[i].y += meteors[i].vy;

            // 如果流星超出屏幕范围，重置流星
            if (meteors[i].x < 0 || meteors[i].y > SCREEN_HEIGHT) {
                meteors[i].x = random(0, SCREEN_WIDTH);
                meteors[i].y = random(-SCREEN_HEIGHT, 0);
                meteors[i].vx = random(-2, -1);
                meteors[i].vy = random(2, 4);
                meteors[i].length = random(10, 20);
                meteors[i].color = tft.color565(random(100, 255), random(100, 255), random(100, 255));
            }
        }
    }
}

// 绘制流星
void drawMeteors() {
    for (int i = 0; i < METEOR_COUNT; i++) {
        if (meteors[i].active) {
            for (int j = 0; j < meteors[i].length; j++) {
                tft.drawPixel((int)(meteors[i].x - meteors[i].vx * j), (int)(meteors[i].y - meteors[i].vy * j), meteors[i].color);
            }
        }
    }
}

void setup() {
    Serial.begin(115200);             // 初始化串口
    Serial.println("Starry Night and Meteors");

    tft.begin();                      // 初始化屏幕
    tft.setRotation(0);               // 设置屏幕方向
    tft.fillScreen(GC9A01A_BLACK);    // 设置黑色背景

    initializeStars();                // 初始化星星
    initializeMeteors();              // 初始化流星
}

void loop() {
    tft.fillScreen(GC9A01A_BLACK);    // 清屏

    drawStars();                      // 绘制星星
    updateMeteors();                  // 更新流星状态
    drawMeteors();                    // 绘制流星

    delay(FRAME_DELAY);               // 控制帧速率
}
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代码解析

1. 星空背景
星星通过 Star 结构体定义，每颗星星的位置和颜色随机生成：

stars[i].x = random(0, SCREEN_WIDTH);

stars[i].y = random(0, SCREEN_HEIGHT);

stars[i].color = tft.color565(random(200, 255), random(200, 255), random(200, 255));
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星星颜色较亮，以模拟夜空中闪烁的效果。

2. 流星动态
流星通过 Meteor 结构体定义，包含位置、速度、长度和颜色：

每帧更新流星位置，让流星从屏幕顶部划过。

流星超出屏幕范围后重置为新的流星。

3. 动态效果
星空通过 drawStars() 每帧重新绘制。

流星通过 drawMeteors() 实现运动轨迹，使用粒子长度模拟流星尾迹。

4. 帧速率与流畅度
帧延迟 (FRAME_DELAY) 控制动画速率，建议在 30-40ms 范围内，保证流畅。

5. 效果表现
星空：屏幕中随机分布亮度不同的星星，模拟静谧夜空。

流星：流星在屏幕顶部随机位置生成并划过屏幕，带有尾迹效果。

不间断动态：流星会不断刷新，形成循环动画。

实验场景图  动态图

实验场景图  动态图

粒子系统

• 模拟动态粒子效果，例如烟花、星空、或者粒子流。
• 关键点：创建粒子对象，每帧更新其位置、速度和颜色，超出屏幕范围后重置粒子。
  

struct Particle {
    int x, y, dx, dy, color;
};
Particle particles[100];
// 在 loop() 中更新粒子位置并绘制
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