【花雕学编程】Arduino动手做（249）---GC9A01三色粒子射线

  【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
  项目之五十三：GC9A01屏之全方向红蓝绿三色粒子流射线

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
  项目之五十三：GC9A01屏之全方向红蓝绿三色粒子流射线
*/

//       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"

// 屏幕相关参数
#define TFT_CS 4        // 定义 TFT 屏幕的片选引脚
#define TFT_DC 2        // 定义 TFT 屏幕的数据/命令引脚
#define TFT_RST -1      // 定义 TFT 屏幕的复位引脚（-1 表示未使用）

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

// 粒子流参数
#define PARTICLE_COUNT 72  // 360 度 / 5 度 = 72 个粒子，确保均匀分布
#define SCREEN_WIDTH 240   // 屏幕宽度
#define SCREEN_HEIGHT 240  // 屏幕高度
#define FRAME_DELAY 30     // 每帧延迟（控制流动速度）
#define PARTICLE_RADIUS 1  // 粒子半径
#define TRAIL_LENGTH 66    // 粒子尾迹长度
#define CENTER_X SCREEN_WIDTH / 2 // 粒子流的中心 X 坐标
#define CENTER_Y SCREEN_HEIGHT / 2 // 粒子流的中心 Y 坐标

// **定义粒子结构体**
struct Particle {
    float x, y;        // 当前粒子坐标
    float angle;       // 粒子扩散的角度（0°~360°）
    float speed;       // 粒子的运动速度
    uint16_t color;    // 粒子的颜色（仅红、蓝、绿）
};

// **粒子数组**
Particle particles[PARTICLE_COUNT];

// **随机选择红、蓝、绿颜色**
uint16_t getRandomRGBColor() {
    int choice = random(0, 3);
    if (choice == 0) return tft.color565(255, 0, 0);  // 红色
    if (choice == 1) return tft.color565(0, 255, 0);  // 绿色
    return tft.color565(0, 0, 255);                   // 蓝色
}

// **初始化粒子（间隔 10 度 + 红蓝绿三色）**
void initializeParticles() {
    for (int i = 0; i < PARTICLE_COUNT; i++) {
        particles[i].x = CENTER_X;          // 所有粒子从屏幕中心开始
        particles[i].y = CENTER_Y;
        particles[i].angle = i * 10;        // 每个粒子间隔 10 度，形成完整的 360 度扩散
        particles[i].speed = random(2, 5);  // 随机速度，增强动态效果
        particles[i].color = getRandomRGBColor();  // 随机选择红、蓝或绿
    }
}

// **更新粒子的位置，使其沿角度方向扩散**
void updateParticles() {
    for (int i = 0; i < PARTICLE_COUNT; i++) {
        float rad = particles[i].angle * 3.14159 / 180.0; // 角度转换为弧度
        particles[i].x += particles[i].speed * cos(rad);  // 计算 X 轴移动
        particles[i].y += particles[i].speed * sin(rad);  // 计算 Y 轴移动

        // **如果粒子超出屏幕，则重新回到中心**
        if (particles[i].x < 0 || particles[i].x > SCREEN_WIDTH || particles[i].y < 0 || particles[i].y > SCREEN_HEIGHT) {
            particles[i].x = CENTER_X;  // 重新放置在中心
            particles[i].y = CENTER_Y;
            particles[i].color = getRandomRGBColor();  // 颜色随机选择红、蓝或绿
        }
    }
}

// **绘制粒子流（更长的尾迹，使轨迹更明显）**
void drawParticles() {
    for (int i = 0; i < PARTICLE_COUNT; i++) {
        // **为粒子绘制尾迹，使其更长**
        for (int j = 0; j < TRAIL_LENGTH; j++) {
            float alpha = 1.0 - (float)j / TRAIL_LENGTH; // 尾迹逐渐淡化
            
            // **提取 RGB565 格式中的红、绿、蓝分量**
            uint8_t r = ((particles[i].color >> 11) & 0x1F) * alpha;
            uint8_t g = ((particles[i].color >> 5) & 0x3F) * alpha;
            uint8_t b = (particles[i].color & 0x1F) * alpha;

            // **尾迹颜色增强，使其更亮**
            uint16_t fadedColor = tft.color565(r * 8, g * 8, b * 8);

            // **绘制更长的尾迹**
            tft.fillCircle(
                (int)(particles[i].x - cos(particles[i].angle * 3.14159 / 180.0) * j), 
                (int)(particles[i].y - sin(particles[i].angle * 3.14159 / 180.0) * j), 
                PARTICLE_RADIUS - j / 6, fadedColor);
        }
    }
}

// **初始化 TFT 屏幕，并启动粒子系统**
void setup() {
    Serial.begin(115200);  // 初始化串口，用于调试
    tft.begin();           // 初始化 TFT 屏幕
    tft.setRotation(0);    // 屏幕方向
    tft.fillScreen(GC9A01A_BLACK);  // 设置背景为黑色

    initializeParticles(); // 初始化所有粒子
}

// **主循环：更新并绘制粒子流**
void loop() {
    tft.fillScreen(GC9A01A_BLACK);  // 清屏，防止残影

    updateParticles();  // 更新粒子的位置
    drawParticles();    // 绘制粒子流

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

1. 粒子初始化 (initializeParticles())
• 所有粒子从屏幕中央开始 (CENTER_X, CENTER_Y)。
• 角度 angle 每个粒子 间隔 5 度 (i * 5)，确保均匀扩散。
• 颜色仅限 红、蓝、绿，确保视觉清晰。

2. 粒子更新 (updateParticles())
• 通过 cos() 和 sin() 计算粒子的 X 轴 和 Y 轴 位移，使其按照 预设角度扩散。
• 速度随机，使每个粒子的扩散速度不同，增强动感。
• 当粒子 超出屏幕时，它会 回到中心，从而形成无限循环的扩散运动。

3. 绘制粒子 (drawParticles())
• 每个粒子有 66 个尾巴 (TRAIL_LENGTH = 66)，使轨迹更加清晰。
• 颜色随尾迹淡出，增强视觉过渡效果。

4. 主循环 (loop())
• 清屏 (fillScreen()) 确保每帧刷新不会残留旧图像。
• 更新粒子状态 (updateParticles())，确保流动效果。
• 绘制粒子 (drawParticles())，使动画炫酷生动。

5. 最终效果
• 更长的粒子尾迹，拖动更明显
• 仅限红蓝绿三色，视觉清晰
• 流畅循环，无干扰，持续扩散

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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