LED触摸电子琴

摘要：使用普通LED发光二极管作为传感器，制作了8×8的LED传感器矩阵。利用PN节的光电效应检测发光二级管的电容变化来识别人手的触摸，并由处理器对采集到的触摸数据进行处理，以确定触摸点坐标，然后将位置以及强度信息通过串口发送给上位机。上位机接收到触摸位置数据后，根据触摸位置模拟不同的琴音，并通过音频输出对应的琴音，根据光线强度信息在上位机实现3D柱状图显示，从而完成了LED触摸电子琴的设计。
关键词：LED矩阵；发光二极管；传感器；触摸电子琴

1 作品介绍
    由LED构成传感器矩阵，STM32处理器驱动传感器矩阵采集数据，包括位置数据和强度数据，并对采集到的数据进行处理，然后通过串口发送到上位机。上位机接收到来自STM32的数据包并解析出位置以及强度信息之后，通过音频输出对应位置的琴音，并以3D柱状图的形式显示出来，图1所示是其总体方案框图。

2 技术原理说明
2．1 硬件实现
    LED触摸电子琴以ARM Cortex-M3内核的STM32F103系列32位微处理器作为核心。处理器集成AD／DA／SPI／I2C模块。
    传感器矩阵由64个普通发光二极管构成。系统使用四片STM32从机采集LED矩阵传感器数据，并通过I2C协议发送到一片STM32主机上。主机对数据进行处理并打包后，通过串口发送到上位机。图2所示是其硬件框图。

2．2 软件实现
    本系统软件使用BS架构编写。服务端软件采用C#语言编写。首先读取串口数据并存入数据缓存池，同时搭建数据服务器实时监控网页端的数据请求。一旦接收到请求，便依次返回缓存池中的数据；若未接到请求，则以新数据替代缓存池中最早的数据，并等待下一次请求。网页端软件使用最新的HTML5编写，以保证显示的流畅性，并使用WebGL进行3D音柱的绘制。BS架构突出性地将硬件系统同互联网结合起来，这样，在免除了用户进行软件下载与安装的繁琐步骤之外，也使得多个硬件系统间可以更方便地通过互联网进行数据交互，在方便了用户使用的同时，也为该系统进一步的发展做好准备。客户端流程图如图3所示，服务端流程图如图4所示。

3 作品创新点和前景市场
    本作品的创新点如下：
    (1)使用LED发光二级管作为传感器，拓展了LED的应用范围。
    (2)检测实时性好，并能定量显示触摸、接近距离。
    (3)相对于触摸屏，价格更为低廉。
    本系统的应用前景和市场十分看好，目前国内还没有相关技术的应用出现。作为一项低成本传感器应用技术，本产品的市场前景广阔；作为研发雏形，产品的可拓展性非常强。创新性地使用发光二极管作为触摸传感器，极大地降低了产品成本，可实现非接触式的感应并能定量测量接近距离，这是普通触摸屏所不具有的功能，这一特点将成为产品迅速进入市场的一大优势。