怎樣用LED矩陣作為掃描儀

步驟1：此版本中使用的部件

對(duì)于這個(gè)項(xiàng)目，我使用了以下組件：

帶面包板的Arduino Uno

32x32 RGB LED矩陣（來(lái)自AdaFruit或Tindie）

5V 4A電源適配器（來(lái)自AdaFruit）

母DC電源適配器2.1mm插孔至螺絲接線端子（來(lái)自AdaFruit）

透明的3mm TIL78光電晶體管

跳線

AdaFruit還銷售Arduino屏蔽，可用于代替跳線。

和我一樣有一些Tindie學(xué)分，我從Tindie得到了我的矩陣，但是AdaFruit的矩陣看起來(lái)是相同的，所以任何一個(gè)都應(yīng)該有用。

光電晶體管來(lái)自我?guī)资昵暗牧慵盗小Ｋ且粋€(gè)明顯的3mm部分標(biāo)記為TIL78。據(jù)我所知，該部件適用于紅外線，可以是一個(gè)透明的外殼或一個(gè)阻擋可見光的黑暗外殼。由于RGB LED矩陣發(fā)出可見光，因此必須使用透明版本。

此TIL78似乎已經(jīng)停產(chǎn)，但我想這個(gè)項(xiàng)目可以使用現(xiàn)代光電晶體管制作。如果你發(fā)現(xiàn)有用的東西，請(qǐng)告訴我，我會(huì)更新這個(gè)Instructable！

第2步：連接和測(cè)試光電晶體管

通常，你需要一個(gè)與光電晶體管串聯(lián)的電阻，但是我知道Arduino能夠在任何引腳上啟用內(nèi)部上拉電阻。我懷疑我可以利用它將光電晶體管連接到Arduino，而無(wú)需任何額外的組件。事實(shí)證明我的預(yù)感是正確的！

我用電線將光電晶體管連接到Arduino上的GND和A5引腳。然后我創(chuàng)建了一個(gè)草圖，將A5引腳設(shè)置為INPUT_PULLUP。這通常用于開關(guān)，但在這種情況下它為光電晶體管供電！

#define SENSOR A5

void setup（） {

Serial.begin（9600）;

pinMode（SENSOR， INPUT_PULLUP）;

}

void loop（） {

// Read analog value continuously and print it

Serial.println（analogRead（SENSOR））;

}

此草圖將值打印到與環(huán)境亮度對(duì)應(yīng)的串行端口。通過(guò)使用Arduino IDE“工具”菜單中的便捷“串行繪圖儀”，我可以獲得環(huán)境光的移動(dòng)圖！當(dāng)我用手蓋住并打開光電晶體管時(shí)，圖表會(huì)上下移動(dòng)。很好！

這個(gè)草圖是檢查光電晶體管是否以正確極性接線的好方法：光電晶體管在一個(gè)方向與另一個(gè)方向連接時(shí)會(huì)更敏感。

步驟3：將矩陣帶狀電纜連接到Arduino

要將矩陣連接到Arduino，我瀏覽了Adafruit的這本方便指南。為方便起見，我將圖表和引腳分布粘貼到文檔中并打印了一個(gè)快速參考頁(yè)面，以便在連接所有內(nèi)容時(shí)使用。

注意確保連接器上的選項(xiàng)卡與圖中的選項(xiàng)卡匹配。

或者，對(duì)于更清潔的電路，您可以使用AdaFruit為這些面板銷售的RGB矩陣屏蔽。如果使用屏蔽，則需要焊接光電晶體管的插頭或電線。

步驟4：連接矩陣

我將矩陣電源線上的叉形端子擰到插孔適配器上，確保極性正確。由于部分端子暴露在外，為了安全起見，我用電工膠帶將整個(gè)部件包起來(lái)。

然后，我插上電源連接器和帶狀電纜，注意不要打擾電源線中的跳線。過(guò)程

步驟5：安裝AdaFruit矩陣庫(kù)并測(cè)試矩陣

您需要安裝“RGB矩陣面板”和AdaFruit“ Adafruit GFX Library“在您的Arduino IDE中。如果你需要幫助，這個(gè)教程是最好的方法。

我建議你運(yùn)行一些例子，以確保你的RGB面板在繼續(xù)之前工作。我建議使用“plasma_32x32”示例，因?yàn)樗浅０簦?/p>

重要提示：我發(fā)現(xiàn)如果在插入5V電源到矩陣之前我給Arduino上電，矩陣會(huì)朦朧地亮起來(lái)。似乎矩陣試圖從Arduino中獲取力量，這絕對(duì)不利于它！因此，為了避免Arduino過(guò)載，請(qǐng)?jiān)趩?dòng)Arduino之前啟動(dòng)矩陣！

步驟6：加載Matrix掃描碼

現(xiàn)在，加載Arduino草圖以掃描矩陣。我提供了Arduino源代碼。加載后，您應(yīng)該會(huì)看到每隔幾秒閃爍一次光的閃光。

如果您將光電晶體管靠近矩陣，您應(yīng)該會(huì)看到光電傳感器附近的LED亮起。

嘗試進(jìn)一步移動(dòng)光電晶體管，使其更接近矩陣，看看它的行為就像手電筒一樣。如果你將一個(gè)物體放在矩陣上并將光電晶體管放在它上面，你應(yīng)該能夠捕捉到物體的“陰影”！

你可以在代碼中找到一些參數(shù)：

static constexpr uint8_t READINGS_PER_PIXELS = 1;

static constexpr uint8_t THRESHOLD = 15;

static constexpr bool INVERT = false;

static constexpr bool CLEAR = true;

如果檢測(cè)效果不佳，您可以嘗試增加READING_PER_PIXEL和THRESHOLD。將CLEAR設(shè)置為false以獲得類似畫筆的效果，其中每個(gè)新掃描會(huì)向畫布添加更多“繪畫”。對(duì)于負(fù)效應(yīng)，將INVERT設(shè)置為true，其中矩陣通常點(diǎn)亮，但光電晶體管會(huì)使其“看到”變暗。

步驟7：代碼如何工作：檢測(cè)可見對(duì)比一個(gè)模糊的LED

經(jīng)過(guò)一些實(shí)驗(yàn)，我發(fā)現(xiàn)從傳感器檢測(cè)像素是否可見的最佳方法是從傳感器獲取成對(duì)的模擬讀數(shù)：當(dāng)LED是一個(gè)讀數(shù)時(shí)當(dāng)LED亮起時(shí)關(guān)閉和另一個(gè)讀數(shù)。如果傳感器看不到LED，則讀數(shù)幾乎相同;如果傳感器可以看到LED，則讀數(shù)會(huì)有所不同。

為了提高靈敏度，我在使用OE（輸出使能）線打開和關(guān)閉LED時(shí)讀取多個(gè)讀數(shù)。我使用兩個(gè)累加器來(lái)總結(jié)LED關(guān)閉時(shí)的讀數(shù)與LED打開時(shí)的讀數(shù)。然后我將這兩個(gè)總和之間的差異與閾值進(jìn)行比較，以確定該值是否超過(guò)某個(gè)閾值，從而讓我決定LED是否在傳感器的視線范圍內(nèi)。

步驟8 ：代碼如何工作：掃描矩陣

為了掃描矩陣，我直接操作數(shù)據(jù)線，因?yàn)檫@比使用AdaFruit庫(kù)繪制像素更有效。要禁用AdaFruit庫(kù)，我會(huì)在開始掃描之前關(guān)閉中斷。由于AdaFruit庫(kù)通過(guò)使用中斷工作，這使我可以暫時(shí)控制矩陣。

矩陣有六個(gè)移位寄存器，對(duì)應(yīng)于整行像素的R，G和B顏色。矩陣的上半部分和下半部分。還有一個(gè)鎖存控制線（LAT），它將移位寄存器中的值復(fù)制到LED驅(qū)動(dòng)器。四條地址線（A，B，C和D）選擇上半部分和下半部分的哪些行有效，OE（輸出使能）用于打開和關(guān)閉LED驅(qū)動(dòng)器。

在正常操作中，當(dāng)新的替換行移入移位寄存器時(shí)，鎖存器保持用先前值照亮的行。加載完整行后，將鎖定新值，并為下一行重復(fù)該過(guò)程。這種更新方式需要寫入整行，即使只需要寫入一個(gè)像素。

對(duì)于掃描，我選擇利用移位寄存器，但不選擇鎖存功能。我將鎖存控制線（LAT）設(shè)置為高電平，使得移位寄存器的內(nèi)容立即在每個(gè)CLK脈沖上加載到LED驅(qū)動(dòng)器中。一旦我照亮了第一個(gè)像素，時(shí)鐘線（CLK）上的每個(gè)脈沖都會(huì)使點(diǎn)亮的像素沿著行向下推到下一個(gè)像素。在這樣做時(shí)，我可以將照亮的像素向下按行以掃描整行。

對(duì)于行中的每個(gè)位置，我使用OE（輸出使能）線來(lái)打開和關(guān)閉像素。從光傳感器獲取讀數(shù)。一旦我有足夠的讀數(shù)來(lái)確定該像素是否可見，我就會(huì)向AdaFruit庫(kù)的幀緩沖區(qū)寫一個(gè)顏色（掃描時(shí)，我仍然可以將像素值寫入庫(kù)的幀緩沖區(qū)，即使庫(kù)暫時(shí)暫停） 。

掃描完所有行后。我重新啟用中斷，這會(huì)導(dǎo)致AdaFruit庫(kù)使用緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)刷新矩陣，直到我準(zhǔn)備好進(jìn)行下一次掃描。