摘要：使用普通LED發(fā)光二極管作為傳感器，制作了8×8的LED傳感器矩陣。利用PN節(jié)的光電效應檢測發(fā)光二級管的電容變化來識別人手的觸摸，并由處理器對采集到的觸摸數(shù)據(jù)進行處理，以確定觸摸點坐標，然后將位置以及強度信息通過串口發(fā)送給上位機。上位機接收到觸摸位置數(shù)據(jù)后，根據(jù)觸摸位置模擬不同的琴音，并通過音頻輸出對應的琴音，根據(jù)光線強度信息在上位機實現(xiàn)3D柱狀圖顯示，從而完成了LED觸摸電子琴的設計。
關鍵詞：LED矩陣；發(fā)光二極管；傳感器；觸摸電子琴

1 作品介紹
    由LED構(gòu)成傳感器矩陣，STM32處理器驅(qū)動傳感器矩陣采集數(shù)據(jù)，包括位置數(shù)據(jù)和強度數(shù)據(jù)，并對采集到的數(shù)據(jù)進行處理，然后通過串口發(fā)送到上位機。上位機接收到來自STM32的數(shù)據(jù)包并解析出位置以及強度信息之后，通過音頻輸出對應位置的琴音，并以3D柱狀圖的形式顯示出來，圖1所示是其總體方案框圖。

2 技術(shù)原理說明
2．1 硬件實現(xiàn)
    LED觸摸電子琴以ARM Cortex-M3內(nèi)核的STM32F103系列32位微處理器作為核心。處理器集成AD／DA／SPI／I2C模塊。
    傳感器矩陣由64個普通發(fā)光二極管構(gòu)成。系統(tǒng)使用四片STM32從機采集LED矩陣傳感器數(shù)據(jù)，并通過I2C協(xié)議發(fā)送到一片STM32主機上。主機對數(shù)據(jù)進行處理并打包后，通過串口發(fā)送到上位機。圖2所示是其硬件框圖。

2．2 軟件實現(xiàn)
    本系統(tǒng)軟件使用BS架構(gòu)編寫。服務端軟件采用C#語言編寫。首先讀取串口數(shù)據(jù)并存入數(shù)據(jù)緩存池，同時搭建數(shù)據(jù)服務器實時監(jiān)控網(wǎng)頁端的數(shù)據(jù)請求。一旦接收到請求，便依次返回緩存池中的數(shù)據(jù)；若未接到請求，則以新數(shù)據(jù)替代緩存池中最早的數(shù)據(jù)，并等待下一次請求。網(wǎng)頁端軟件使用最新的HTML5編寫，以保證顯示的流暢性，并使用WebGL進行3D音柱的繪制。BS架構(gòu)突出性地將硬件系統(tǒng)同互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來，這樣，在免除了用戶進行軟件下載與安裝的繁瑣步驟之外，也使得多個硬件系統(tǒng)間可以更方便地通過互聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)交互，在方便了用戶使用的同時，也為該系統(tǒng)進一步的發(fā)展做好準備?？蛻舳肆鞒虉D如圖3所示，服務端流程圖如圖4所示。

3 作品創(chuàng)新點和前景市場
    本作品的創(chuàng)新點如下：
    (1)使用LED發(fā)光二級管作為傳感器，拓展了LED的應用范圍。
    (2)檢測實時性好，并能定量顯示觸摸、接近距離。
    (3)相對于觸摸屏，價格更為低廉。
    本系統(tǒng)的應用前景和市場十分看好，目前國內(nèi)還沒有相關技術(shù)的應用出現(xiàn)。作為一項低成本傳感器應用技術(shù)，本產(chǎn)品的市場前景廣闊；作為研發(fā)雛形，產(chǎn)品的可拓展性非常強。創(chuàng)新性地使用發(fā)光二極管作為觸摸傳感器，極大地降低了產(chǎn)品成本，可實現(xiàn)非接觸式的感應并能定量測量接近距離，這是普通觸摸屏所不具有的功能，這一特點將成為產(chǎn)品迅速進入市場的一大優(yōu)勢。