打造一款像素艺术LED矩阵时钟

在一块3D打印扩散器后方，安装了四块LED面板，由树莓派驱动。明亮的白色数字在不断变化的彩色背景中闪烁——或者将屏幕翻转，数字便会呈现负数显示。

其下方仅由1024颗LED组成，但它们前方则是一块3D打印的扩散器，为每颗LED提供独立的小型“单元格”空间，使整个画面呈现出清晰锐利的像素艺术效果，而非零散的亮点。

硬件配置

画布由四块OzzMaker 16×16 RGB LED面板串联而成，从左至右拼接成一个64×16的显示屏，共1024个像素。通过OzzMaker的LED接口连接树莓派，使用Henner Zeller开发的rpi-rgb-led-matrix库，以高速传输数据到各面板。将面板按OUT→IN方向连接，提供适当电源后，树莓派便将其视为一条连续的宽幅条状图像。

3D打印的扩散器直接位于面板正前方，形成网格结构，为每颗LED提供独立的封闭小单元空间。它将原始的、发亮的点状光源软化为清晰均匀发光的方块，使显示屏呈现出清晰的像素艺术效果，而非散落的亮光点。这些像素之间的硬质边框也营造了白色数字的视觉效果：亮白色的数字与旁边的彩色区域在边缘处形成鲜明的高对比度分界，而不是相互渗透。这是构建中最便宜的部分，却承担了最多的任务——区别于“带有LED的电路板”和“屏幕”的本质差异。扩散器同时起到支架的作用。

如下图所示，扩散器背面内部壁面使用黑色PLA打印，以防止LED之间出现光线泄漏。该部件由Babu Lab P2S多色打印机打印而成。

绘制数字

所有内容首先被渲染到一个简单的内存缓冲区中——即64×16个RGB元组的列表——最后才推送到硬件上。数字本身采用传统的七段数码显示方式，每个数字仅由一组小矩形构成;每个数字表示需要亮起的七段：# 每个数字点亮的7个段(a=顶部，g=中间，……)

SEGMENTS = { “0”: “abcdef”, “1”: “bc”，“2”: “abged”，“3”: “abgcd”，“4”: “fgbc”，“8”: “abcdefg”，# … }

默认情况下，这些段落以白色在彩色背景上显示，因此时间。

数字本身采用传统的七段显示方式。每个数字只是若干小矩形的组合;每个数字表示需要亮起的段：

一个用于实时调整的小型网页面板

通过编辑文件并重启来修改设置非常麻烦，因此同一程序还运行了一个小型 Flask 网页面板。从网络中的任何手机或笔记本电脑打开，即可看到亮度、调色板、效果、过渡等选项的滑块和下拉菜单——同时还能实时预览面板正在绘制的实际画面。每次更改都会保存到 settings.json 文件中，并在重启后保留。其底层结构是一个进程，包含两个线程，彼此完全不干扰：一个渲染线程负责管理矩阵，每帧运行约 20 帧;另一个是 Web 服务器。两者仅通过一组线程安全的对象进行通信——设置信息输入，状态帧输出。保持边界清洁，使得在不断添加功能时，显示始终不会卡顿，从而确保了安全性。

本文编译自hackster.io