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工作流程状态图

stateDiagram-v2
    [*] --> 初始化
    初始化 --> OLED初始化: 启动设备
    OLED初始化 --> OLED初始化失败: 初始化失败
    OLED初始化 --> 检查按钮输入: 初始化成功
    OLED初始化失败 --> [*]

    检查按钮输入 --> 切换模式: 按钮被按下
    检查按钮输入 --> 当前模式: 按钮未按下

    切换模式 --> 当前模式
    当前模式 --> 雷达模式: 当前模式为雷达
    当前模式 --> 姿态模式: 当前模式为3D姿态

    state 雷达模式 {
        [*] --> 读取摇杆输入
        读取摇杆输入 --> 控制舵机: 更新舵机角度
        控制舵机 --> 测量距离: 超声波测距
        测量距离 --> 绘制雷达界面
        绘制雷达界面 --> [*]
    }

数学原理

雷达模式

在雷达模式中，主要涉及超声波测距。通过控制舵机角度和测量超声波的回波时间，我们可以计算出目标的距离。

1. 超声波测距公式

利用时间差，计算出目标的距离：

$$d=\frac{v\cdot t}{2}$$

int measureDistance() {
    // 将TRIG_PIN设置为低电平，确保触发信号线处于初始状态
    digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);
    delayMicroseconds(2); // 等待2微秒，确保信号稳定

    // 将TRIG_PIN设置为高电平，发送10微秒的超声波触发信号
    digitalWrite(TRIG_PIN, HIGH);
    delayMicroseconds(10); // 持续10微秒的高电平信号
    digitalWrite(TRIG_PIN, LOW); //结束触发信号

    // 读取ECHO_PIN的高电平持续时间，最大等待时间为30毫秒
    long duration = pulseIn(ECHO_PIN, HIGH, 30000); 
    if (duration == 0) return 100; // 如果超时未接收到回波信号，返回最大距离100厘米

    // 根据回波时间计算距离，公式为：距离 = 时间 * 声速 / 2
    int distance = duration * 0.034 / 2; 
    // 将计算出的距离限制在0到100厘米之间
    return constrain(distance, 0, 100);
}

• pulseIn函数测量超声波的回波时间

2. 舵机角度控制

舵机的角度由摇杆的输入值控制，使用映射函数将摇杆的模拟输入值（$[0,1023]$）转换为舵机的角度范围（$[0^{\circ },{180}^{\circ }]$）。

映射公式为：

$$\theta =\frac{\text{input}-{\text{input}}_{\text{min}}}{{\text{input}}_{\text{max}}-{\text{input}}_{\text{min}}}\cdot ({\theta }_{\text{max}}-{\theta }_{\text{min}})+{\theta }_{\text{min}}$$

其中：

• $\theta$ 是舵机的角度。
• $\text{input}$ 是摇杆的模拟输入值。
• ${\text{input}}_{\text{min}}$ 和 ${\text{input}}_{\text{max}}$ 是摇杆输入的最小值和最大值（通常为 $0$ 和 $1023$）。
• ${\theta }_{\text{min}}$ 和 ${\theta }_{\text{max}}$ 是舵机角度的最小值和最大值（通常为 $0^{\circ }$ 和 ${180}^{\circ }$）。

int joystickX = analogRead(JOYSTICK_X_PIN);  // 读取摇杆X轴的模拟输入值(0-1023)
int servoAngle = map(joystickX, 0, 1023, 0, 180);  // 将摇杆输入值映射到舵机角度范围(0-180度)
myServo.write(servoAngle);  // 控制舵机旋转到计算出的角度位置

3. 雷达显示

根据测得的角度和距离，绘制雷达扫描界面。目标点的坐标使用极坐标转换公式：

$$x=\text{centerX}+r\cdot \cos (\theta )$$$$y=\text{centerY}-r\cdot \sin (\theta )$$

float radAngle = radians(angle);  // 将角度转换为弧度值，便于三角函数计算
int lineX = centerX + radius * cos(PI - radAngle);  // 计算雷达扫描线末端的X坐标
int lineY = centerY - radius * sin(PI - radAngle);  // 计算雷达扫描线末端的Y坐标
display.drawLine(centerX, centerY, lineX, lineY, SSD1306_WHITE);  // 绘制从中心到末端的雷达扫描线

float scaledDistance = map(distance, 0, 100, 0, radius);  // 将测量的距离(0-100cm)映射到雷达半径范围(0-radius)
int targetX = centerX + scaledDistance * cos(PI - radAngle);  // 根据映射后的距离计算目标点的X坐标
int targetY = centerY - scaledDistance * sin(PI - radAngle);  // 根据映射后的距离计算目标点的Y坐标
display.fillCircle(targetX, targetY, 3, SSD1306_WHITE);  // 在目标位置绘制一个实心圆点表示检测到的物体

• 使用三角函数将角度 转换为屏幕上的二维坐标 。
• drawLine 和 fillCircle 绘制扫描线和目标点。

贡献者

Tuntun Yuchiha

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280a9-更新《Final Summary.md》，新增关于实践的基本特征、结构、类型及其在认识中的决定作用的内容，增强理论深度与逻辑结构。