Arduinoのクリーピングライン+スマートフォンからの制御

まえがき

毎年、路上で、トランジションで、店で、ますます多くの広告LEDパネルが現れ、そこにテキストが上下左右に走り、あらゆる種類のカラフルな写真が表示されます。 これらすべてが、通行人と私にも注目を集めています。 そして、私はこれがどのように行われたのか、そしてこのようなことが自宅で繰り返されるのではないかとしばしば疑問に思いました。 そして今学期、サーキットに関するタームペーパーを計画していましたが、提案されたトピックの1つはElectronic Running Lineでした。 「地獄は冗談じゃないの？ やってみます。」

必要な資料と最初のステップを見つける

私は以前はLEDを、もっと正確にはLEDストリップを使って楽しもうとしていましたが、それは単一のトランジスタを使ったシンプルな軽音楽でした。 そしてここで、何らかの方法でLEDマトリックスを作成し、テキストをどこかに保存し、何らかの方法で表示する必要があります。 「ゆるい地面」では、少なくとも私の経験ではできません。



私の軽い音楽：







Arduinoプラットフォームで何ができるのか聞いた。 私は、このプロジェクトがスタートアップであり、かなりの額の資金を調達したが、詳細には触れなかったようなクールなプログラム可能なボードがあると聞いていました。 そして、私はしなければなりませんでした。 Arduinoに実装されたプロジェクトの例を含むビデオをいくつか見ましたが、気に入って購入しました。



私の作品ではArduino Uno R3が使用されましたが、オリジナルではなくコピーです。 私が読んだように、コピーとオリジナルの間に大きな違いはありません。 Arduinoボードには、14のデジタル入力/出力、6つのアナログ、外部電源入力、+ 5 V、+ 3.3 V、GND出力があります。 USBを使用してコンピューターに接続します。 プログラミングには、マイクロコントローラーが独自のIDEを使用します。これは、公式のArduino Webサイトで無料で配布されています。



Arduinoを使用した場合、LEDマトリックス自体の作成方法を決定する必要があります。 最初に、プロジェクトの開発の基礎として記事が選択され、LEDアレイとシフトレジスタを備えた既製のモジュールを使用することが提案されました。 図1に図を示します。既製のモジュール、すなわちMAX7219を使用すると、すべてを正しく接続し、正しい動作と情報出力のためのプログラムを書くだけで済むため、開発が大幅に簡素化されます。







しかし、わが国ではこのモジュールをそれに応じて見つけるのに困難が生じたため、別の実装方法を探すことが決定されました。 そして、どういうわけか、それはただ完全になります。 したがって、私はこれを行う方法についてインターネット上に十分な情報があるので、LEDでマトリックスを自分で行う必要があると決めました。

開発

マトリックスのサイズは8x10を選択しました。 元々は、Arduinoに付属のシフトレジスタ74HC595を使用してLEDマトリックスの列を選択することを計画しており、8つの出力があります。 したがって、誰もが特定の列に対して責任を負います。 しかし、はんだ付けプロセス中に、Q0の出力を担当するレジスタレッグが誤って破損したため、放棄する必要がありました。 このスキームでは、レジスターは本質的に、マトリックスの制御に使用されるArduino出力の数を減らすことしかできませんでした。 これを使用する場合、3つの出力のみが関係するため、8番目（2から9）を犠牲にする必要がありました。 幸いなことに、それらは十分にあります。



登録パターン：







マトリックスの行を選択するために、K176IE8デコーダーを備えた10進カウンターが使用されました。 このチップでは、人気があり、マトリックスの10行を制御するために10個の出力があるため、この選択肢が選ばれました。 カウンタは、リセット、カウント、5 V出力を介してArduinoマイクロコントローラーを使用して制御されます。



カウンタ出力はトランジスタユニットに接続され、LEDマトリックスを制御します。 接続はトランジスタブロックで考慮されます。



カウンターレイアウト：







その結果、機能図は次のようになりました。

トランジスタブロック

LEDを制御するには、2〜9個のArduinoポートからアノードに供給される信号に加えて、LEDカソードにも電圧を供給する必要があります。 これは、トランジスタのブロックを使用して行われます。



各列のLEDのカソードはすべて相互接続され、10個のトランジスタのコレクタに接続されています。 トランジスタエミッタはグランドに接続され、カウンタ出力からの信号はベースに送られます。



このプロジェクトでは、タイプ2N3904のnpnバイポーラトランジスタを使用します。 各トランジスタは独自のマトリックス行に接続されているため、回路では合計10個が使用されます。 このタイプのトランジスタは、人気があり、開発された回路の条件に準拠しているため、選択が決まりました。 このトランジスタは、低電圧回路で使用されます。 このトランジスタの一般的なビューとUGO：







これで、LEDの点灯方法を説明できます。 特定のArduinoポートから、LEDのアノードに信号が送信されます。 同時に、特定の出力からエミッターベースへの信号がカウンターに送信されます。 そして、トランジスタのコレクタから、LEDのカソードに電圧がかかります。 隣接する行のLEDのアノードがマトリックス内で直列に接続され、隣接する列のLEDのカソードが直列に接続されているため、マトリックスの複数のLEDが一度に点灯します。



重要なポイント！ Arduinoは出力で約5 Vを出力するため、LEDのアノードをArduinoに接続するには、公称値220オームの抵抗を使用し、トランジスタのベースをカウンターの出力に接続する必要があります-公称値は1 KOhmです。 これらの抵抗器は、特にArduinoの初期セットにあるため、見つけるのは難しくありません。

思考から行動まで、または計画から実現まで

はんだ付けの結果、以下のデバイスが得られました。

ソフトウェア部

今では、このすべてのビジネスをArduinoに接続する必要がありました。 コード自体はCで作成されました。最初のステップは、Arduinoボードで使用されるポートを初期化することです。 これは、次のようにsetup（）関数で実行されます。

void setup(){ int i; for(i = 2; i < 10; i++) pinMode(i,OUTPUT); pinMode(clock,OUTPUT); pinMode(reset,OUTPUT); digitalWrite(reset,HIGH); delayMicroseconds(5); digitalWrite(reset,LOW); }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

クロックとリセットは、それぞれArduinoのポート11と10です。



最初のステップは、ポート2〜9が出力として使用されることを示すことです。 これは、pinMode（i、OUTPUT）メソッドを使用してループで実行されます。ここで、iはポート番号、OUTPUTはこのポートが出力されていることを示すフラグです。



次に、クロックポートとリセットポートが同じ方法で初期化されます。 digitalWrite（リセット、HIGH）機能を使用すると、リセットポートに高電圧レベルが適用され、それによってカウンターがリセットされます。 5 msの遅延（delayMicroseconds（5））後、リセットポートに低電圧が印加されます。



ポートを初期化したら、LEDをオンにしてテスト情報を表示し、それらの動きをシミュレートするアルゴリズムを開発する必要があります。 クリープラインアルゴリズムを作成します。



これを行うために、別の関数display_symbol（int loops）が作成されました。これは、引数としてテキストの動きをシミュレートする遅延値を取ります。 遅延値が15〜25の範囲にある場合、すべての情報がより適切に認識されることが実験的に確立されました。



display_symbol（int loops）関数の内部実装を検討してください。

 void display_symbol(int loops) { for(x=0;x<numsymbols-1;x++){ for (int z=0;z<8;z++){ for(int t=0;t<loops;t++){ for(y=9;y>-1;y--){ byte temp = symbols[x][y]; byte temp_2=symbols[x+1][y]; byte val = (temp<<z)+(temp_2>>7-z); for(int i =0; i<8; i++) digitalWrite(i+2, (val>>i)&B00000001); delayMicroseconds(800); digitalWrite(clock,HIGH); delayMicroseconds(5); digitalWrite(clock,LOW); } } } } }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

最初に、4つのネストされたループが表示されます。 最も外側のループは、バイト配列のすべての要素を通過します。 表示される文字による。 バイト配列とその次元は、開発者によって手動で設定され、次のようになります。

 byte symbols[numsymbols][10]={C, X, E, M, O, T, E, X, H, I_RUS, K, A }; const int numsymbols = 13;
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

各文字は行数に対応する10バイトに分解され、各バイトはご存じのとおり8ビットで構成されています。 各ビットは、回路内の特定のLEDを担当します。 ビット単位の文字の例：

 #define I_RUS {B00000000,B01000010,B01000010,B01000110,B01001010,B01010010,B01010010,B01100010,B01000010,B00000000}
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

たとえば、0および9バイトはB00000000のように見えます。これは、LEDが行1および10で点灯しないことを意味します。 これは、ユーザーが情報を簡単に読み取るために行われます。 ただし、たとえば、値がB01000010の1バイト目は、このシンボルの2行目で2および7個のLEDが点灯することを示しています。 したがって、これらすべてのバイトから、文字「I」のシンボルが構築されます。



結果は次のとおりです。

そして、スマートフォンから約束されたコントロールはどこにありますか？

原則として、結果に満足しました。結局、初めてはんだ付けをしたのは初めてで、すべてがすぐに機能しました。 しかし、もっと欲しかったので、Bluetooth経由でAndroidスマートフォンから制御を追加することを考えました。 Arduinoには、既製のHC-06モジュールがあります。 Arduinoへの接続の図は次のとおりです。







Arduinoへの接続とスマートフォンへの接続の詳細については、この記事で説明しています： Arduinoに接続するBluetooth HC-06モジュール。 電話とコンピューターとの接続

これに応じて、コードが変更されました。 そして彼は、テキストの加速スクロール、LEDの逆照明、およびちらつきのあるテキストのスクロールを追加することにしました。 AndroidとArduinoのコードリンクは以下になります。 結果は次のようなものです。

おわりに

まず、開発されたコースワークに関して。 開発したデバイスの主な利点は、その汎用性です。 Arduinoプログラマブルボードを使用することで、さまざまなセンサーを使用して適切なファームウェアを書き込むことでプロジェクトを拡張できます。 その結果、ランニングライン機能に加えて、温度、湿度、および大気圧センサーを使用して、気象状態出力機能をそれぞれ追加できます。 何らかのサウンドセンサーを追加すると、回路を音楽イコライザーに改良できます。



そして、一般的な結論は、Arduinoは本当にクールなものであり、その助けを借りて、1年以上エレクトロニクスに専念していた人々が以前にできる多くの有用でクールなものを自宅で作ることができるということです。 さらに、パブリックドメインのインターネット上のArduinoには、さまざまなデバイスの多くの例があります。 Arduinoについてはすでに多くの本がありますが、初心者や上級開発者向けのガイドとして検討することをお勧めします。ArduinoCookBookです。



コード参照：

テキストのスクロール

ScrollingText（Bluetooth）

Androidパーツ