/*
 * ============================================================
 * 项目：桌宠风格桌面环境监测站 (本地版，无WiFi)
 * 功能：采集温湿度、气压、空气质量、光照，OLED显示表情/数据，
 *       根据环境数据驱动舵机、灯带、蜂鸣器进行情绪反馈。
 *       按键切换显示模式。
 * 硬件：Arduino Uno + DHT22 + BMP280 + MQ-135 + 光敏电阻
 *       + OLED 0.96寸(I2C) + SG90舵机 + WS2812灯带 + 蜂鸣器
 * 作者：组员A/B/C
 * 日期：2026-06-22
 * ============================================================
 */

// -------------------- 包含库 --------------------
#include <Wire.h>                  // I2C通信库
#include <Adafruit_GFX.h>          // OLED图形库
#include <Adafruit_SSD1306.h>      // OLED驱动库 (0.96寸, 128x64)
#include <Adafruit_BMP280.h>       // BMP280气压传感器库
#include <DHT.h>                   // DHT温湿度传感器库
#include <Servo.h>                 // 舵机控制库
#include <Adafruit_NeoPixel.h>     // WS2812灯带库

// ============================================================
//  一、引脚定义与全局配置
// ============================================================

// ---------- 传感器引脚 ----------
#define DHTPIN 2          // DHT22数据引脚
#define DHTTYPE DHT22     // 传感器型号
#define BMP_SDA A4        // I2C SDA (默认)
#define BMP_SCL A5        // I2C SCL (默认)
#define MQ135_PIN A0      // MQ-135模拟输出
#define LIGHT_PIN A1      // 光敏电阻模拟输出

// ---------- 显示与交互引脚 ----------
#define OLED_ADDR 0x3C    // OLED I2C地址 (常见0x3C或0x3D)
#define BUTTON1 3         // 按键1 (切换显示模式)

// ---------- 反馈模块引脚 (可选) ----------
#define SERVO_PIN 5       // 舵机信号线
#define BUZZER_PIN 6      // 蜂鸣器
#define LED_PIN 7         // WS2812灯带数据线

// ---------- 定时器间隔 (毫秒) ----------
#define INTERVAL_SENSOR  2000   // 传感器采集间隔 2秒
#define INTERVAL_DISPLAY 100    // OLED刷新间隔 100ms
#define INTERVAL_BUTTON  50     // 按键扫描间隔 50ms

// ============================================================
//  二、全局对象与变量
// ============================================================

// 传感器对象
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);
Adafruit_BMP280 bmp;           // BMP280默认I2C
Adafruit_SSD1306 display(128, 64, &Wire, -1); // OLED (复位引脚 -1 表示不用)

// 舵机对象
Servo neckServo;

// 灯带对象 (8颗LED)
Adafruit_NeoPixel strip = Adafruit_NeoPixel(8, LED_PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800);

// ---------- 全局状态变量 ----------
float temperature = 0, humidity = 0, pressure = 0, airQuality = 0, lightLevel = 0;
int emotionState = 0;          // 0:开心, 1:难受, 2:瞌睡, 3:惊讶
int displayMode = 0;           // 0:表情模式, 1:数据模式 (按键切换)

// millis() 时间戳
unsigned long lastSensorTime = 0;
unsigned long lastDisplayTime = 0;
unsigned long lastButtonTime = 0;

// ============================================================
//  三、函数声明 (模块分组)
// ============================================================

// 传感器组
void initSensors();
void readAllSensors();

// 显示组
void initDisplay();
void updateDisplay();
void drawEmotion(int state);
void drawDataPage();
// 辅助绘制弧线 (用于表情)
void drawArc(int x0, int y0, int r, int startAngle, int endAngle, uint16_t color);

// 交互反馈组
void initActuators();
void updateEmotionFeedback(int state);
void setLEDColor(int state);
void playTone(int state);
void moveServo(int state);

// 按键处理
void handleButtons();

// 主控逻辑
void evaluateEmotion();

// ============================================================
//  四、setup() 初始化
// ============================================================
void setup() {
  Serial.begin(115200);        // 硬件串口用于调试

  // 初始化各模块
  initSensors();
  initDisplay();
  initActuators();

  // 显示启动画面
  display.clearDisplay();
  display.setTextSize(2);
  display.setTextColor(SSD1306_WHITE);
  display.setCursor(10, 20);
  display.println("Pet!");
  display.display();
  delay(2000);

  // 提示：MQ-135 需要预热 (建议12-24小时，此处仅演示)
  Serial.println("System ready. MQ-135 warming up...");
}

// ============================================================
//  五、loop() 主循环 (非阻塞多任务)
// ============================================================
void loop() {
  unsigned long currentMillis = millis();

  // ----- 任务1: 传感器采集 (2秒间隔) -----
  if (currentMillis - lastSensorTime >= INTERVAL_SENSOR) {
    lastSensorTime = currentMillis;
    readAllSensors();               // 读取所有传感器
    evaluateEmotion();              // 根据新数据评估情绪
    updateEmotionFeedback(emotionState); // 更新舵机/灯带/蜂鸣器
  }

  // ----- 任务2: OLED刷新 (100ms间隔) -----
  if (currentMillis - lastDisplayTime >= INTERVAL_DISPLAY) {
    lastDisplayTime = currentMillis;
    updateDisplay();                // 根据当前模式刷新屏幕
  }

  // ----- 任务3: 按键扫描 (50ms间隔) -----
  if (currentMillis - lastButtonTime >= INTERVAL_BUTTON) {
    lastButtonTime = currentMillis;
    handleButtons();
  }

  // 其他任务可在此添加，均采用非阻塞方式
}

// ============================================================
//  六、传感器组 实现
// ============================================================

/**
 * 初始化所有传感器
 */
void initSensors() {
  dht.begin();
  // BMP280初始化，地址0x76或0x77，默认0x76
  if (!bmp.begin(0x76)) {
    Serial.println("BMP280 not found! Check I2C.");
  }
  // 设置BMP280采样模式
  bmp.setSampling(Adafruit_BMP280::MODE_NORMAL,     // 正常模式
                  Adafruit_BMP280::SAMPLING_X2,     // 温度过采样
                  Adafruit_BMP280::SAMPLING_X16,    // 压力过采样
                  Adafruit_BMP280::FILTER_X16,      // 滤波
                  Adafruit_BMP280::STANDBY_MS_500); // 待机时间

  pinMode(MQ135_PIN, INPUT);
  pinMode(LIGHT_PIN, INPUT);
}

/**
 * 读取所有传感器数据并存入全局变量
 */
void readAllSensors() {
  // 读取温湿度 (可能失败返回NAN)
  float t = dht.readTemperature();
  float h = dht.readHumidity();
  if (!isnan(t) && !isnan(h)) {
    temperature = t;
    humidity = h;
  } else {
    Serial.println("DHT read error!");
  }

  // 读取气压 (单位hPa)
  pressure = bmp.readPressure() / 100.0F; // 转换为百帕

  // 读取空气质量 (模拟值，需校准，这里仅示例)
  int raw = analogRead(MQ135_PIN);
  // 简易转换: 将0-1023映射到0-100的指数 (仅供参考，需实际校准)
  airQuality = map(raw, 0, 1023, 0, 100);
  // 实际可参照MQ-135数据手册进行电压-浓度换算

  // 读取光照 (模拟值)
  lightLevel = analogRead(LIGHT_PIN); // 0-1023

  // 串口调试输出
  Serial.print("T: "); Serial.print(temperature);
  Serial.print(" H: "); Serial.print(humidity);
  Serial.print(" P: "); Serial.print(pressure);
  Serial.print(" AQ: "); Serial.print(airQuality);
  Serial.print(" Light: "); Serial.println(lightLevel);
}

// ============================================================
//  七、显示组 实现
// ============================================================

/**
 * 初始化OLED显示屏
 */
void initDisplay() {
  if (!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, OLED_ADDR)) {
    Serial.println("OLED initialization failed!");
    for (;;); // 死循环
  }
  display.clearDisplay();
  display.setTextColor(SSD1306_WHITE);
  display.setTextSize(1);
  display.display();
}

/**
 * 根据displayMode刷新屏幕
 */
void updateDisplay() {
  display.clearDisplay();
  if (displayMode == 0) {
    drawEmotion(emotionState);   // 表情模式
  } else {
    drawDataPage();              // 数据模式
  }
  display.display();
}

/**
 * 绘制表情 (模拟桌宠脸)
 * 使用简单图形组合，可自行扩展位图
 */
void drawEmotion(int state) {
  // 绘制一个圆形脸
  display.drawCircle(64, 32, 28, SSD1306_WHITE);
  // 根据情绪画眼睛和嘴
  switch (state) {
    case 0: // 开心
      // 眼睛 (实心圆)
      display.fillCircle(50, 28, 4, SSD1306_WHITE);
      display.fillCircle(78, 28, 4, SSD1306_WHITE);
      // 嘴巴 (微笑弧线，使用辅助函数)
      drawArc(64, 40, 12, 0, 180, SSD1306_WHITE);
      break;
    case 1: // 难受 (生气)
      display.fillCircle(50, 30, 4, SSD1306_WHITE);
      display.fillCircle(78, 30, 4, SSD1306_WHITE);
      // 嘴巴 (下弧线，撇嘴)
      drawArc(64, 50, 12, 180, 360, SSD1306_WHITE);
      break;
    case 2: // 瞌睡
      display.fillCircle(50, 30, 4, SSD1306_WHITE);
      display.fillCircle(78, 30, 4, SSD1306_WHITE);
      // 眯眼 (画水平线)
      display.drawLine(46, 30, 54, 30, SSD1306_WHITE);
      display.drawLine(74, 30, 82, 30, SSD1306_WHITE);
      // 嘴巴 (小圆点)
      display.fillCircle(64, 46, 2, SSD1306_WHITE);
      break;
    case 3: // 惊讶
      display.fillCircle(50, 28, 5, SSD1306_WHITE);
      display.fillCircle(78, 28, 5, SSD1306_WHITE);
      // 嘴巴 (大圆)
      display.fillCircle(64, 44, 8, SSD1306_WHITE);
      break;
    default:
      break;
  }
  // 在底部显示温湿度小标签
  display.setTextSize(1);
  display.setCursor(0, 56);
  display.print("T:");
  display.print(temperature, 1);
  display.print("C H:");
  display.print(humidity, 1);
  display.print("%");
}

/**
 * 绘制数据页面 (显示详细数值)
 */
void drawDataPage() {
  display.setTextSize(1);
  display.setCursor(0, 0);
  display.print("Temp: ");
  display.print(temperature, 1);
  display.println(" C");
  display.print("Hum : ");
  display.print(humidity, 1);
  display.println(" %");
  display.print("Pres: ");
  display.print(pressure, 1);
  display.println(" hPa");
  display.print("AQI : ");
  display.print(airQuality, 0);
  display.println("/100");
  display.print("Light: ");
  display.print(lightLevel);
  display.println("/1023");
}

/**
 * 辅助函数：画弧线 (用于表情)
 * 因Adafruit_GFX无原生弧线，这里采用逐点绘制近似
 */
void drawArc(int x0, int y0, int r, int startAngle, int endAngle, uint16_t color) {
  // 将角度限制在0-360，步长5度，可调整精度
  for (int i = startAngle; i <= endAngle; i += 5) {
    float rad = radians(i);
    int x = x0 + r * cos(rad);
    int y = y0 + r * sin(rad);
    display.drawPixel(x, y, color);
  }
}

// ============================================================
//  八、交互反馈组 实现 (舵机、灯带、蜂鸣器)
// ============================================================

/**
 * 初始化舵机、灯带、蜂鸣器
 */
void initActuators() {
  // 舵机
  neckServo.attach(SERVO_PIN);
  neckServo.write(90);  // 中间角度

  // 灯带
  strip.begin();
  strip.show(); // 全部熄灭

  // 蜂鸣器
  pinMode(BUZZER_PIN, OUTPUT);
}

/**
 * 根据情绪状态更新反馈 (舵机、灯带、蜂鸣器)
 */
void updateEmotionFeedback(int state) {
  // 控制灯带颜色
  setLEDColor(state);

  // 控制舵机转动角度
  moveServo(state);

  // 播放不同音调
  playTone(state);
}

/**
 * 设置WS2812灯带颜色
 */
void setLEDColor(int state) {
  uint32_t color;
  switch (state) {
    case 0: color = strip.Color(0, 255, 0); break;   // 绿色 (开心)
    case 1: color = strip.Color(255, 0, 0); break;   // 红色 (难受)
    case 2: color = strip.Color(0, 0, 255); break;   // 蓝色 (瞌睡)
    case 3: color = strip.Color(255, 255, 0); break; // 黄色 (惊讶)
    default: color = strip.Color(255, 255, 255);
  }
  for (int i = 0; i < strip.numPixels(); i++) {
    strip.setPixelColor(i, color);
  }
  strip.show();
}

/**
 * 舵机动作 (根据情绪摆动)
 */
void moveServo(int state) {
  int angle = 90;
  switch (state) {
    case 0: angle = 90; break;      // 正中
    case 1: angle = 45; break;      // 左偏
    case 2: angle = 135; break;     // 右偏
    case 3: angle = 60; break;      // 偏左
  }
  neckServo.write(angle);
}

/**
 * 蜂鸣器发声 (短促提示)
 */
void playTone(int state) {
  // 限制发声频率，避免过于频繁
  static unsigned long lastBeep = 0;
  if (millis() - lastBeep < 500) return; // 至少间隔500ms
  lastBeep = millis();

  int freq = 0;
  switch (state) {
    case 0: freq = 1000; break;  // 开心: 高音
    case 1: freq = 200; break;   // 难受: 低音
    case 2: freq = 500; break;   // 瞌睡: 中音
    case 3: freq = 800; break;   // 惊讶: 中高音
  }
  if (freq > 0) {
    tone(BUZZER_PIN, freq, 100); // 发声100ms，自动停止
  }
}

// ============================================================
//  九、按键处理
// ============================================================

/**
 * 扫描按键并执行对应动作 (仅一个按键，切换显示模式)
 */
void handleButtons() {
  // 按键按下为低电平 (假设使用上拉输入)
  if (digitalRead(BUTTON1) == LOW) {
    // 防抖处理
    static unsigned long lastDebounce = 0;
    if (millis() - lastDebounce > 200) { // 防抖200ms
      displayMode = (displayMode + 1) % 2; // 切换 0<->1
      lastDebounce = millis();
      Serial.print("Display mode: ");
      Serial.println(displayMode);
    }
  }
}

// ============================================================
//  十、主控逻辑 (情绪评估)
// ============================================================

/**
 * 根据传感器数据评估当前情绪状态
 * 阈值可根据实际环境调整
 */
void evaluateEmotion() {
  // 规则示例：
  // 温度 > 28 或 空气质量 > 70 -> 难受
  // 温度 < 18 或 光照 < 100 -> 瞌睡
  // 湿度 > 80 或 气压异常 (<980 或 >1030) -> 惊讶
  // 其他 -> 开心

  if (temperature > 28.0 || airQuality > 70) {
    emotionState = 1; // 难受
  } else if (temperature < 18.0 || lightLevel < 100) {
    emotionState = 2; // 瞌睡
  } else if (humidity > 80.0 || pressure < 980.0 || pressure > 1030.0) {
    emotionState = 3; // 惊讶
  } else {
    emotionState = 0; // 开心
  }
}

// ============================================================
//  十一、结尾
// ============================================================
// 说明：
// 1. 需要安装库：Adafruit GFX, Adafruit SSD1306, Adafruit BMP280,
//    DHT sensor library, Servo, Adafruit NeoPixel。
// 2. 硬件连接请参照引脚定义。
// 3. MQ-135 使用前建议预热12-24小时并进行校准，本代码仅为演示。
// 4. 可自定义表情位图或增加更多情绪状态。
// 5. 该版本完全离线运行，无需网络。
// ============================================================