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ESP32-S3 RGB LED矩陣項目 4 - 傾斜點

ESP32-S3 RGB LED矩陣項目 4 - 傾斜點

項目4 – 傾斜點點(透過傾斜ESP32-S3 RGB LED矩陣嚟移動點點)

項目4介紹咗ESP32-S3 RGB LED矩陣模組內置嘅運動感應器。唔似項目1咁自動移動點點,或者項目2同3咁滾動文字,呢個項目畀你透過簡單傾斜塊板嚟控制點點嘅位置。點點會根據模組背面QMI8658C加速度計嘅即時讀數,喺8×8 RGB顯示屏上流暢咁移動。

呢個系列嘅全部六個項目都喺一條YouTube影片入面示範。同一條影片都嵌入咗喺呢一頁,所以你可以確切咁睇到點點喺塊板傾斜時點樣實時移動。呢個項目嘅完整代碼會自動載入喺文章下面,而模組嘅聯盟購買連結會出現喺代碼部分下面。

ESP32-S3 RGB LED矩陣模組概覽

呢個項目使用ESP32-S3 RGB LED矩陣模組,包括:

  • ESP32-S3微控制器,具備Wi-Fi同藍牙功能
  • 8×8 RGB LED矩陣(64粒獨立可尋址LED)
  • QMI8658C加速度計喺背面,用嚟偵測傾斜同運動
  • USB端口用嚟編程同供電
  • Boot / Reset按鈕
  • 可用GPIO引腳方便將來擴展

QMI8658C感應器讀取XYZ軸嘅加速度同方向數值,令點點可以根據塊板嘅傾斜方向向上/下/左/右移動。

影片入面涵蓋嘅項目(時間戳)

  • 00:00 – 介紹
  • 02:01 – 安裝ESP32開發板
  • 03:32 – 安裝程式庫
  • 05:32 – 項目1:移動點點
  • 11:11 – 項目2:文字滾動
  • 12:59 – 項目3:HTTP文字
  • 16:41項目4:傾斜點點(呢個項目)
  • 18:55 – 項目5:向上箭嘴
  • 20:02 – 項目6:目標遊戲

強烈建議睇吓影片入面嘅傾斜示範,因為你可以睇到點點點樣流暢咁對應塊板嘅方向作出反應。

喺Arduino IDE入面安裝ESP32開發板

如果你已經完成咗之前任何一個項目,開發板支援應該已經安裝好。否則,跟住以下步驟:

  1. 開啟檔案 > 偏好設定 → 加入ESP32開發板URL。
  2. 工具 > 開發板 > 開發板管理員…並安裝ESP32
  3. 工具 > 開發板下面選擇你嘅ESP32-S3開發板。
  4. 工具 > 連接埠下面選擇正確嘅COM端口。

安裝所需程式庫

呢個項目需要以下程式庫:

  • Adafruit NeoMatrix
  • Adafruit NeoPixel
  • Adafruit GFX Library
  • QMI8658(運動感應器)

喺程式庫管理員入面安裝佢哋:

  1. 開啟草稿碼 > 匯入程式庫 > 管理程式庫…
  2. 搜尋Adafruit NeoMatrix → 安裝。
  3. 允許自動安裝Adafruit GFXAdafruit NeoPixel
  4. 按列出嘅作者搜尋QMI8658 → 安裝。

項目4嘅運作原理

QMI8658C感應器持續提供沿X、Y同Z軸嘅加速度數據。對於呢個項目,我哋只用X同Y軸嚟決定:

  • 點點向左或向右移動幾遠(X軸)
  • 點點向上或向下移動幾遠(Y軸)

感應器數值會被映射到0至7嘅座標範圍(對應8×8 LED矩陣)。點點位置每秒更新好多次,令到你傾斜模組時有流暢嘅滑動效果。

項目4 – 代碼設定(傾斜點點)

以下係項目代碼頂部附近用戶可編輯嘅設定。完整草稿碼會自動顯示喺文章下面。

矩陣引腳同尺寸


// 8×8 RGB矩陣配置
const int MATRIX_PIN    = 14;   // 呢塊板嘅固定引腳
const int MATRIX_WIDTH  = 8;
const int MATRIX_HEIGHT = 8;

MATRIX_PIN保持喺14。佢係硬件接線到板上矩陣嘅。

亮度


// 整體亮度(0–255)
uint8_t matrixBrightness = 40;

有需要可以調高,但近距離睇嘅時候避免用極端亮度。

點點顏色


// 點點顏色(R, G, B)
uint8_t dotRed   = 0;
uint8_t dotGreen = 200;   // 淺綠色(預設)
uint8_t dotBlue  = 0;

更改呢啲數值可以整到任何顏色。例子:

  • 紅色:(255, 0, 0)
  • 黃色:(255, 255, 0)
  • 白色:(255, 255, 255)

運動靈敏度

為咗防止極端跳動,加速度計數值通常會被限制或縮放。一個典型設定好似:


// 傾斜影響移動嘅程度
float sensitivity = 4.0f;   // 數值越大 = 喺屏幕上面移動得越快

如果點點郁得太慢 → 增加數值。如果點點郁得太突然 → 減少數值。

更新速度(刷新率)

你可以在更新之間加一個小延遲,令移動更流暢:


// 位置更新之間嘅延遲(毫秒)
int refreshDelayMs = 20;   // 數值越低 = 更流暢同更快反應

10–30 毫秒之間嘅數值會感覺好靈敏。

總結

Project 4 令 ESP32-S3’s 內置嘅 QMI8658C 加速度計活躍起嚟,畀你可以用物理動作控制 LED 矩陣。輕輕傾斜開發板,點就會向同一方向移動,令呢個項目成為更進階嘅 “Arrow Up” 同 “Target Game” 項目嘅完美踏腳石。

完整嘅 Tilt Dot 程式碼會(自動)載入喺呢篇文章下面。為求最佳理解,請睇影片入面嘅傾斜示範,你可以見到開發板旋轉時點樣流暢咁移動。購買 ESP32-S3 RGB LED Matrix 模組嘅連結已包括喺程式碼部分下面。

圖片

ESP32 S3 Matrix
ESP32 S3 Matrix
ESP32 S3 Matrix  pin out
ESP32 S3 Matrix pin out
ESP32-S3_RGB_8x8_matrix-3
ESP32-S3_RGB_8x8_matrix-3
ESP32 S3 Matrix displaying rainbow heart
ESP32 S3 Matrix displaying rainbow heart
ESP32-S3_RGB_8x8_matrix1
ESP32-S3_RGB_8x8_matrix1
ESP32-S3_RGB_8x8_matrix-2
ESP32-S3_RGB_8x8_matrix-2
802-ESP32-S3 RGB LED Matrix Project 4 - Tilt dot
語言: C++
/* 
  Project 4: Tilt Dot – ESP32-S3 RGB LED Matrix (Waveshare)

  This sketch reads tilt from the QMI8658C IMU and smoothly moves a dot 
  on the 8×8 RGB LED matrix based on board orientation.

  ▶️ Video Tutorial:
  https://youtu.be/JKLuYrRcLMI

  📚⬇️ Resources & Code Page:
  https://robojax.com/RJT829

  QMI8658_RGB_2
*/

#include <Arduino.h>
#include <math.h>

#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_NeoMatrix.h>
#include <Adafruit_NeoPixel.h>

#include <QMI8658.h>   // by Lahav Gahali

// -------- LED MATRIX SETUP --------
#define MATRIX_PIN    14
#define MATRIX_WIDTH  8
#define MATRIX_HEIGHT 8

Adafruit_NeoMatrix matrix = Adafruit_NeoMatrix(
  MATRIX_WIDTH, MATRIX_HEIGHT, MATRIX_PIN,
  NEO_MATRIX_TOP + NEO_MATRIX_LEFT +
  NEO_MATRIX_ROWS + NEO_MATRIX_PROGRESSIVE,
  NEO_RGB + NEO_KHZ800
);

// -------- QMI8658 IMU SETUP --------
QMI8658 imu;
QMI8658_Data imuData;

// -------- USER SETTINGS --------

// true  -> dot on opposite side: USB↔OUSB, 34↔15
// false -> dot on same side as UP
bool useOppositeMapping = false;

// Dot color (0–255 each)
uint8_t dotRed   = 0;
uint8_t dotGreen = 100;
uint8_t dotBlue  = 0;

// Board sides
enum Side {
  SIDE_CENTER = 0,
  SIDE_USB,
  SIDE_OUSB,
  SIDE_15,
  SIDE_34
};

// Smooth dot position (in pixel coordinates, but kept as float for easing)
float dotPosX = 3.0f;   // start at center
float dotPosY = 3.0f;

// Smoothing factor: smaller = slower movement (0.1 very slow, 0.5 faster)
const float dotSmooth = 0.25f;


bool isFlat = false;

const char* sideName(Side s) {
  switch (s) {
    case SIDE_CENTER: return "CENTER";
    case SIDE_USB:    return "USB";
    case SIDE_OUSB:   return "OUSB";
    case SIDE_15:     return "15";
    case SIDE_34:     return "34";
    default:          return "?";
  }
}

// Detect which side is UP using calibrated axes:
// +X = USB, -X = OUSB, +Y = 34, -Y = 15
Side detectSideUp(float ax_g, float ay_g, float az_g) {
  // Flat detection
  const float flatThreshXY = 0.15f;
  const float flatThreshZ  = 0.15f;

  if (fabs(ax_g) < flatThreshXY &&
      fabs(ay_g) < flatThreshXY &&
      fabs(az_g - 1.0f) < flatThreshZ) {
    isFlat = true;
    return SIDE_CENTER;
  }
  isFlat = false;

  // Thresholds to say "this axis is really tilted"
  const float tiltThreshY = 0.5f;
  const float tiltThreshX = 0.5f;

  // 1) Prefer Y axis for 15 / 34 if it's clearly tilted
  if (fabs(ay_g) >= tiltThreshY) {
    if (ay_g > 0) {
      return SIDE_15;   // +Y = 34 up
    } else {
      return SIDE_34;   // -Y = 15 up
    }
  }

  // 2) Otherwise, check X axis for USB / OUSB
  if (fabs(ax_g) >= tiltThreshX) {
    if (ax_g > 0) {
      return SIDE_USB;  // +X = USB up
    } else {
      return SIDE_OUSB; // -X = OUSB up
    }
  }

  // 3) If nothing is strongly tilted, just call it CENTER
  return SIDE_CENTER;
}

// Map from UP side to where the dot should go
Side dotSideFromUpSide(Side upSide) {
  switch (upSide) {
    case SIDE_USB:
      return useOppositeMapping ? SIDE_OUSB : SIDE_USB;

    case SIDE_OUSB:
      return useOppositeMapping ? SIDE_USB : SIDE_OUSB;

    case SIDE_34:
      return useOppositeMapping ? SIDE_15 : SIDE_34;

    case SIDE_15:
      return useOppositeMapping ? SIDE_34 : SIDE_15;

    case SIDE_CENTER:
    default:
      return SIDE_CENTER;
  }
}

// Convert dot side to matrix coordinates
void getDotPixel(Side dotSide, int &px, int &py) {
  // Matrix (0,0) = top-left
  // top center:    (3,0) → USB
  // bottom center: (3,7) → OUSB
  // left center:   (0,3) → 15
  // right center:  (7,3) → 34
  // center:        (3,3)

  switch (dotSide) {
    case SIDE_USB:   px = 3; py = 0; break;
    case SIDE_OUSB:  px = 3; py = 7; break;
    case SIDE_15:    px = 0; py = 3; break;
    case SIDE_34:    px = 7; py = 3; break;
    case SIDE_CENTER:
    default:         px = 3; py = 3; break;
  }
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  delay(500);

  matrix.begin();
  matrix.setBrightness(20);
  matrix.fillScreen(0);
  matrix.show();

  // IMU: SDA=11, SCL=12 for ESP32-S3-Matrix
  if (!imu.begin(11, 12)) {
    Serial.println("Failed to initialize QMI8658!");
    while (1) { delay(1000); }
  }

  imu.setAccelUnit_mg(true);
  imu.setGyroUnit_dps(true);
  imu.setDisplayPrecision(4);

  Serial.print("QMI8658 initialized. useOppositeMapping = ");
  Serial.println(useOppositeMapping ? "TRUE" : "FALSE");
}

void loop() {
  if (!imu.readSensorData(imuData)) {
    return;
  }

  float ax_g = imuData.accelX / 1000.0f;
  float ay_g = imuData.accelY / 1000.0f;
  float az_g = imuData.accelZ / 1000.0f;

  Side upSide  = detectSideUp(ax_g, ay_g, az_g);
  Side dotSide = dotSideFromUpSide(upSide);

  int targetX, targetY;
  getDotPixel(dotSide, targetX, targetY);

  // --- Smooth movement toward target ---
  dotPosX += (targetX - dotPosX) * dotSmooth;
  dotPosY += (targetY - dotPosY) * dotSmooth;

  // Convert to integer pixel coordinates
  int px = (int)round(dotPosX);
  int py = (int)round(dotPosY);

  // Clamp just in case
  if (px < 0) px = 0;
  if (px > 7) px = 7;
  if (py < 0) py = 0;
  if (py > 7) py = 7;

  // --- Draw dot ---
  matrix.fillScreen(0);
  uint16_t color = matrix.Color(dotRed, dotGreen, dotBlue);
  matrix.drawPixel(px, py, color);
  matrix.show();

  // Debug
  Serial.print("AX="); Serial.print(ax_g, 3);
  Serial.print(" AY="); Serial.print(ay_g, 3);
  Serial.print(" AZ="); Serial.print(az_g, 3);
  Serial.print(" | UP=");  Serial.print(sideName(upSide));
  Serial.print(" | DOT="); Serial.print(sideName(dotSide));
  Serial.print(" | px=");  Serial.print(px);
  Serial.print(" py=");    Serial.println(py);

  delay(80);
}



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