Shield MaTrix V0.9

Shield MaTrix 是一个用于 Arduino 的可堆叠扩展板，它使得使用板载最简单的传感器学习编程成为可能。

版本追踪

版本	描述	发布日期
0.9	原型	2013年4月11日
0.9b	公开版本	2013年10月27日

特性

兼容 Arduino Mega（推荐使用 Freaduino Mega V1.4 (ATMega 2560)）
支持 Arduino 扩展板
支持基于 nRF24L01+ 和 xBee 的无线设备
支持 60mm 8X8 矩阵 LED（亮红色、亮绿色、黄色）
红外控制（遥控器）
RGB LED（用于指示各种参数）
时钟按钮（开/关各种设置）
蜂鸣器（报警或按下遥控器按钮时）
光传感器（自动调节矩阵亮度）
RTC（实时时钟）
I2C 接口（可选输入/输出）
电压 9-24V 或 USB 控制器（推荐 12V 2A）

应用创意

数字时钟（同步 NTP）带报警功能
气象站（室内、室外、地下室的温度，气压，湿度）
跑马灯（读取电子邮件、社交网络等）
数据传输（到类似设备）

数据显示原理

在 LED 矩阵显示屏上显示不同信息时使用动态显示。同时，信息仅显示在一行上（对应的 LED 点亮（红色和/或绿色）），所有其他行熄灭。下一步是熄灭上一行并点亮下一行（对应的 LED）。行切换速度非常快，眼睛会将这种切换感知为一个完整的图像。

为了最小化所需引脚的数量，使用了两种不同类型的芯片：移位寄存器（用于控制列）和解复用器（用于控制行）。

移位寄存器串联连接并通过 SPI 接口连接（所需引脚如下所述）。

解复用器有三个地址输入（DA0、DA1、DA2）——输入端的“0”和“1”组合明确指向 8 个输出中的一个，该输出将处于活动状态。此外，解复用器还有控制输入（E1、E2、E3）——通过前两个输入（E1 和 E2，它们在我们的电路中连接）实现矩阵的完全熄灭，通过输入 E3 实现亮度调节（使用 PWM）。

接口

4 个双色 LED 矩阵的接口
- 设置移位寄存器（74HC595 - 8 个）以控制 LED 的列
- 解复用器 74HC138 用于控制 LED 的行及其亮度（通过 PWM）
内置时钟（RTC）——基于 DS1307，带有备用电池（CR1220 或 CR1226）
RF 模块 nRF24L01+ 的接口
时钟按钮（例如，用于关闭报警声音）
38kHz 红外接收器（用于遥控器）
用于连接 RGB LED 的布线（公共阴极或阳极，通过跳线选择）
光传感器（例如，用于自动调节亮度）
压电换能器“蜂鸣器”
I2C 接口
xBee 接口
Arduino 扩展板接口
Arduino Mega 上的板载引脚
- D5 - 红外接收器
- D24 - 时钟按钮
xBee
- D16 - DIN
- D17 - DOUT
I2C (DS1307)
- D20 - SDA
- D21 - SCL
RGB LED（检查）
- D34 - 红色
- D35 - 绿色
- D36 - 蓝色
nRF24L01+
- D19 - RF_IRQ
- D37 - RF_SCK
- D38 - RF_MISO
- D39 - RF_MOSI
- D40 - RF_NSS
- D41 - RF_CE
- D45 - 蜂鸣器
- A7 - 光传感器
移位寄存器
- D42 - SS
- D51 - MOSI
- D52 - SCK
解复用器
- D49 - DA0
- D48 - DA1
- D47 - DA2
- D44 - E3（亮度）
- D43 - E1, E2（熄灭）

必需的库

要使用 Shield MaTrix 的各种组件，需要以下库：

显示矩阵上的信息 - MaTrix - MaTrix（包括一个简单的显示测试和两个实时显示示例）。

实时时钟 (RTC) - RTClib - RTClib
红外接收器 - IRremote IRremote（使用此库可以通过红外遥控器控制显示）
nRF24L01+ - iBoardRF24 - iBoardRF24（DevDuino Sensor Node 2.4G nRF24L01+ 遥控库）

此外，以下库在操作过程中也需要：

Wire
SPI
digitalWriteFast

使用库的功能

只有两个库需要对其使用进行简单说明：

红外接收器

由于红外接收器连接到数字引脚 5，因此必须修改文件 /IRremote/IRremoteInt.h 的代码如下：

 // Arduino Mega
#if defined(__AVR_ATmega1280__) || defined(__AVR_ATmega2560__)
  //#define IR_USE_TIMER1   // tx = pin 11
  //#define IR_USE_TIMER2     // tx = pin 9
  #define IR_USE_TIMER3   // tx = pin 5
  //#define IR_USE_TIMER4   // tx = pin 6
  //#define IR_USE_TIMER5   // tx = pin 46

nRF24L01+

初始化模块如下：

 //iBoardRF24 radio(CE,CSN,MOSI,MISO,SCK,IRQ);
iBoardRF24 radio(41,40,39,38,37,19);

MaTrix 库函数

要在您的代码中使用 MaTrix 库，需要在 void setup() 函数中声明以下代码行：

#include &lt;SPI.h&gt;
#include &lt;MaTrix.h&gt;	//连接 MaTrix 库

MaTrix mymatrix;       //创建对象 mymatrix

变量

byte array[8][8] - 主数组。
此数组中的数据决定当前 LED 矩阵上显示的内容。

 byte array[8][8] = { // 一个包含 64 字节的数组
   {B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000},  // 行 7
   {B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000},  // 行 6
   {B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000},  // 行 5
   {B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000},  // 行 4
   {B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000},  // 行 3
   {B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000},  // 行 2
   {B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000},  // 行 1
   {B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000}   // 行 0
   // red3      green3      red2      green2      red1      green1       red0      green0
 };

每个位对应矩阵中的一个 LED。0 表示 LED "熄灭"，1 表示 LED "点亮"。

byte shadow[8][8] - 附加的（“影子”）数组。
库函数用于组织各种效果和滚动文本（影子数组中的数据根据特定效果规则重写到主数组中）。

 byte shadow[8][8] = { // 一个包含 64 字节的数组
   {B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000},  // 行 7
   {B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000},  // 行 6
   {B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000},  // 行 5
   {B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000},  // 行 4
   {B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000},  // 行 3
   {B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000},  // 行 2
   {B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000},  // 行 1
   {B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000, B00000000}   // 行 0
   // red3      green3      red2      green2      red1      green1       red0      green0
 };

定义

 // 颜色
 #define RED    0
 #define GREEN  1
 #define YELLOW 2

 // 在“绘制”效果中的延迟迭代（毫秒）
 #define VSLOW  500
 #define SLOW   150
 #define MID    100
 #define FAST   50
 #define VFAST  25

 // 效果
 #define FADE   4
 #define LEFT   3
 #define UP     1
 #define DOWN   2
 #define NONE   0

 // 硬件数据
 #define BRIGHT 44    // 亮度（引脚 44 - PWM）
 #define LightSENS A7 // 光传感器

主函数

mymatrix.init();

描述：初始化模块。

mymatrix.clearLed();

描述：清除显示屏。

mymatrix.brightness(byte brightLevel);

描述：设置显示屏亮度。

brightLevel：亮度级别（字节），值为 255 时设置为最大亮度。

使用示例：

 mymatrix.brightness(177);

mymatrix.getBrightness();

描述：返回当前显示屏亮度。

使用示例：

 Serial.println(mymatrix.getBrightness());

printString(String s, byte pos, byte color, unsigned char *Font, char effect, int speed);

描述：显示指定字符串。

pos：第一个字符的起始位置（字节）。从矩阵的右边缘开始计数，从 0 开始。

color：颜色（字节）。三个预定义值 - RED, GREEN, YELLOW

*Font：字体指针（无符号字符）。库中可用的字体：字符 - font5x8（拉丁），font6x8（拉丁和西里尔）；数字 - digit6x8bold, digit6x8future。有关字体的详细信息，请参阅库归档 MaTrix 的文件 fonts.c。

effect：文字效果（字符）。可用的预定义值：LEFT, UP, DOWN（向相应方向移动），FADE（显现），NONE（无效果 - 即时）。默认值 - NONE。

speed：播放效果速度（整数）。可用的预定义值：VSLOW, SLOW, MID, FAST, VFAST（从“非常慢”到“非常快”），默认值 - MID。

使用示例：

 mymatrix.printString("123", 3, GREEN, font6x8, UP, SLOW);

printRunningString(String s, byte color, unsigned char *Font, int speed);

描述：显示定义的“跑动”行。

color：颜色（字节）。三个预定义值 - RED, GREEN, YELLOW

speed：播放效果速度（整数）。可用的预定义值：VSLOW, SLOW, MID, FAST, VFAST（从“非常慢”到“非常快”），默认值 - MID。

使用示例：

 mymatrix.printRunningString("MaTrix test!", RED, font6x8, FAST);

辅助函数

printArray();

描述：在串口上显示主数组（array）的当前状态。

printShadow();

描述：在串口上显示“影子”数组（shadow）的当前状态。

printChar(unsigned char sym, byte pos, byte color);

描述：函数修改主数组（array），以便在矩阵中显示时，在预定位置输出所需颜色的所需符号。

pos：起始字符位置（字节）。从矩阵的右边缘开始计数，从 0 开始。

color：颜色（字节）。三个预定义值 - RED, GREEN, YELLOW

注意！调用函数时使用的字体必须通过 setFont 定义。

printCharShadow(unsigned char sym, byte pos, byte color);

描述：与 printChar 类似的函数，但修改的是“影子”数组（shadow）。

printStr(unsigned char *s, byte pos, byte color);

描述：函数修改主数组（array），以便在矩阵中显示时，在预定位置显示字符数组的所需颜色。

*s：字符数组指针（无符号字符）。

pos：第一个字符的起始位置（字节）。从矩阵的右边缘开始计数，从 0 开始。

color：颜色（字节）。三个预定义值 - RED, GREEN, YELLOW

注意！调用函数时使用的字体必须通过 setFont 定义。

printStrShadow(unsigned char *s, byte pos, byte color);

描述：与 printChar 类似的函数，但修改的是“影子”数组（shadow）。

参考资料

[ ZIP ] 库的当前版本 MaTrix。

原理图

从矩阵视角看，板子的右侧包括：

时钟按钮
nRF24l01 + 接口
RGB-LED 安装位置
选择 LED 类型跳线（共阳极或共阴极）
红外接收器
I2C 接口

板子的左侧包括：

光传感器
压电蜂鸣器（蜂鸣器）

设备原理图

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特性​

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nRF24L01+​

MaTrix 库函数​

变量​

定义​

主函数​

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特性

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接口

必需的库

使用库的功能

红外接收器

nRF24L01+

MaTrix 库函数

变量

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