本文主要介绍如何制作一个设备，用于检测计算机显示器何时物理旋转，并自动告知计算机相应地旋转显示器。

如今很多数字内容都是狭窄而高大的（纵向），但大多数计算机屏幕都是短而长（横向）。这意味着很多屏幕的空间浪费了。比较下面的两个截图。在横向视图中只能看到一个半的帖子，而在纵向视图中可以看到3个帖子。

因此，在浏览社交媒体时将计算机显示器旋转90º是一个好主意，但是来回切换显示设置非常繁琐。如果您有多台显示器或标准键盘快捷键不起作用的计算机，则尤其如此。今天我将介绍如何构建一个设备，以便在显示器物理旋转时自动告诉计算机旋转显示器。

工作原理

该设备将基于Arduino开发板，并将安装在显示器的背面。我们将使用加速度计来感知方向。静止时，加速度计将重力解释为向上加速度为9.8m / s2。加速度计将使用I2C协议与Arduino通信。 Arduino将不断查看（轮询）加速度计认为它正在加速的方向。当改变时，它将通过USB向计算机发送信号。计算机上运行的python脚本将读取更改，并将告诉计算机相应地旋转显示。

本文介绍如何在Windows和Linux上实现此功能。它也可以在Mac上完成。 （唯一的区别是Python脚本调用的系统命令。）

所需的材料

●    Arduino  Uno开发板

●    MMA7455加速度计

●    固定胶水

●    按钮

●    100kΩ电阻

当然，您还需要一台可以旋转的显示器。如果您有一个非旋转显示器，请检查它是否有VESA安装孔（背面的正方形上有4个或8个螺孔）。您可以购买VESA兼容的显示器支架，旋转价格约为70美元。

制作过程

如果您有很多电子方面的经验，加速度计上的一些引脚名称应该是熟悉的。 VCC和GND将连接到Arduino的电源。 CS表示“芯片选择”。由于我们在这个项目中只有一个芯片，我们将其物理连接到5V。 SDA和SCL是I2C协议中使用的通信线。如果您不使用Arduino Uno，SDA和SCL的引脚可能会有所不同。

加速度计引脚	Arduino Uno引脚
VCC	5V
GND	GND
CS	5V
SDA	4
SCL	5

对于按钮，我们将以低电平有效配置连接它。由于我们正在使用软件去抖，因此不需要电容。 BUTTON_PIN在代码中定义为引脚12。

Arduino代码

将扩展板插入Arduino，然后通过USB将Arduino开发板插入计算机。

如前所述，我们可以使用加速度计来检测方向，通过测量哪个方向读取到9.8m / s2的加速度。由于显示器只能垂直或水平，因此这很容易。

编程时将代码的不同功能分成不同的文件是一种很好的做法。我们根据官方MMA7455库编写了一个感知方向的库。这允许我们抽象出如何完成此操作的细节，因此我们的主文件可以保持简单，通过一个函数调用检查方向，并在计算机发生更改时将消息写入计算机。

在Arduino IDE中打开monitor.ino。编译并运行代码。 使用 Tools > Serial Monitor或使用ctrl + shift + M打开串口监视器。

您应该看到类似于以下的内容。

1. Freescale MMA7455 accelerometer
   
2. May 2012
   
3. The MMA7455 is okay
   
4. STATUS : 0
   
5. WHOAMI : 55
   
6. Assuming the device is Y_POS

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现在握住Arduino，使其处于垂直平面。旋转它（仍然在垂直平面内）。每次旋转90º，你应该看到这样的东西：

1. Rotate Monitor
   
2. change detected
   
3. Rotate Monitor
   
4. change detected
   
5. Rotate Monitor
   
6. change detected
   
7. Rotate Monitor

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将设备安装到显示器背面，然后使用USB电缆将其插入计算机。

我们需要校准加速度计，以便它知道它在打开时最初指向的方向。只要Arduino打开，这个初始化就会运行。在显示器上使用时，这可能是在您打开计算机时。 （取决于计算机关闭时USB端口是否供电。）因此，当您打开计算机时，此设备希望您的显示器处于您定义的默认位置。如果不是这样，Arduino将告诉您的计算机以错误的方式旋转显示器，否则它将变得迷失方向，并且不会告诉计算机完全旋转。

这就是为什么我们有按钮。按下按钮后，Arduino会重新运行设置程序并告诉计算机将显示旋转到START_ORIENT。

将设备安装在显示器背面时，请记下显示器处于默认方向时的方向。

monitor.ino中有一行代码需要相应更改。如果加速度计上的y箭头指向上方，则将其保留为Y_POS。如果y箭头指向下方，请将其更改为Y_NEG。类似地，对于x轴，使用X_POS或X_NEG。

1. #define START_ORIENTATION Y_POS

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代码说明

首先我们先来看一下MMA7455.h。

1. typedef enum {Y_POS, Y_NEG, X_POS, X_NEG, Z_POS, Z_NEG, NOT_SURE} orientation;

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枚举enum是C中的数据类型，就像int或char一样。它用于变量，这些变量可以是非数字变量的短列表中的一个值。在这种情况下，当我们将设备的方向保存到变量中时，我们使用枚举。

现在我们来看看加速度计。你会看到一个x箭头和一个y箭头。当x箭头指向时，我们称之为X_POS。当x箭头指向下方时，我们称之为X_NEG。 z轴指向板外或板内。当电路板平放在桌子上时就是Z_POS。

当安装在显示器背面时，设备应该只有y轴或x轴向上或向下。我们在monitor.ino中创建了一个名为VALID_ORIENTATION的宏来检查给定的方向是否与我们期望的4个选项之一匹配。如您所见，我们可以像任何其他数据类型一样检查枚举的值。

1. #define VALID_ORIENTATION(o) ((o==Y_POS) || (o==Y_NEG) || (o==X_POS) || (o==X_NEG))

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setup函数主要是诊断。有3个关键点。

1. Serial.begin(9600);

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上面的行启动了串行通信，这是我们与计算机通信的方式。

1. Wire.begin();

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这初始化了I2C通信，这就是我们与加速度计通信的方式。它只是初始化Arduino端的设置。我们使用以下行初始化加速度计。

1. error = MMA7455_init(START_ORIENTATION);

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按下物理按钮时，触点不会完全关闭。它们会抖动，输出信号看起来好像用户在几毫秒内按下按钮几次。我们等待100ms以确保代码不会将这些抖动误认为是多次按下。我们可以采取两种方法来解决这个问题。我们可以实现硬件去抖或软件去抖动。硬件方法包括在电路中添加低通滤波器，无论是有源还是无源。由于这涉及购买和焊接额外的组件，我选择了软件去抖动。

我们使用的加速度计有一些中断功能，但它不适用于我们的用例。通常，当您希望按钮执行某些操作时，最好使用中断。但是，由于我们无论如何都在轮询加速度计，我们也可以轮询按钮。

每次循环，我们检查按钮当前是否被按下。如果是，并且上次未按下它，那么我们知道用户刚刚按下按钮，因此我们再次运行例程，并将START_ORIENTATION发送到计算机。然后我们等待100ms再继续。这种延迟是为了让Arduino在继续之前等待按钮触点稳定下来。不可否认，这是一种相当草率和懒惰的软件去抖方法，因为Arduino在延迟期间什么都不做。更复杂的方法将涉及计时器，以便在Arduino等待按钮时可以继续执行其他代码。在这种特殊情况下，我们唯一错过的是使用延迟而不是计时器，这是加速度计的读数变化。因为当用户按下按钮时不应该发生这种情况，所以这种草率方法是可以接受的。延迟方法的唯一优点是它很简单。硬件去抖动需要更多组件，编写中断和延迟代码会变得棘手。

1. }else if(!digitalRead(BUTTON_PIN) // button has been pressed
   
2.     && previous_button_state)    // and this is the first time it's been
   
3.                                   // pressed
   
4. {
   
5.    // send even if orientation hasn't changed
   
6.    setup(); //re-calibrate
   
7.    sendOrientation(START_ORIENTATION);
   
8.    delay(100); //software debounce
   
9.    previous_button_state = 0;
   
10. }

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Windows计算机代码

Arduino将使用我们用于编程和调试的相同串行接口向计算机发送信息。为避免冲突，请确保在运行此脚本时关闭Arduino IDE中的串行监视器。如果它是打开的，一些Arduino的消息将被串行监视器，并且脚本将不会看到它们，或者只会看到它们中难以理解的部分。

我们将使用Python作为我们的计算机端代码。这将听取Arduino写入串口的内容，并进行系统调用以旋转显示器。

从这里为您的计算机下载Python 3。在安装过程中询问是否要将python添加到path中时，请选择“yes”。

在之前下载的zip文件中找到windows-script.py。

打开Arduino IDE。单击Tools > Serial Port。看一下列出的端口，例如COM3。

如果你看到COM3在文本编辑器中打开windows-script.py。找到以下行，并将其更改为与您看到的一致。

1. possibleDevices = ["COM3"]

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搜索以下行。您需要更改这些数字以适合您的设置。对于每个可能的方向，数字是顺时针旋转的度数。

1. translation = {"Y_POS":"90",
   
2.                "X_POS":"180",
   
3.                "X_NEG":"0",
   
4.                "Y_NEG":"270"}

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现在我们需要安装pySerial模块，用于从USB端口读取。打开命令提示符。在Windows 8及更高版本中，搜索cmd。在Windows 7及更早版本中，在开始菜单中找到run实用程序并输入cmd。

在现在出现的终端中，键入：

1. python -m pip install pyserial
   

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安装python模块可能很麻烦。如果未成功安装，请不要继续。

现在，在运行脚本之前，我们还需要做一件事。找到上述zip文件的Windows文件夹中包含的显示实用程序。

如果您有多台显示器，请执行以下操作。如果您只有一台显示器，请跳过此段落。打开保存display.exe的命令提示符。 在命令提示符下输入display.exe / listdevices。您应该看到每个监视器的索引。记下要旋转的索引的内容。

python脚本将打开与USB端口的连接。当它检测到来自Arduino的消息时，它会将相应的命令发送到display.exe，这将旋转显示。找到以下行，并将目录更改为指向display.exe。

1. command = "C:/.../display.exe /rotate:" + translation[direction]

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对于具有多个监视器的用户，还要添加/ device x（其中x是监视器的索引）。所以类似于：

1. command = "C:/.../display.exe /device 2 /rotate:" + translation[direction]

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在命令提示符中，导航到保存display.exe和windows-script.py的文件夹。使用cd命令执行此操作。例如，如果它们保存在Documents / rotate中，请使用：

1. cd Documents/rotate

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现在输入dir以查看该目录中的文件列表。仔细检查您是否看到这两个文件。现在让我们运行python脚本。

1. python windows-script.py

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尝试旋转设备。屏幕应相应旋转。

现在我们需要告诉Windows每次启动计算机时都在后台运行该程序。默认情况下，启动程序会明显打开。我们不希望一直看到可见的命令窗口。因此，我们将创建一个批处理文件，它将在后台启动python脚本，然后批处理文件将退出。

首先，打开您的启动文件夹。此文件夹的位置取决于您使用的Windows版本。按Windows键，然后按R.应显示运行窗口。键入shell：startup并按Enter键。现在您应该看到您的启动文件夹。创建一个名为monitor.bat的新文本文件，并将以下代码粘贴到该文件中。修改路径，使其指向您的python脚本。

1. @echo off
   
2. START pythonw C:\...\windows-script.py

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我们使用pythonw而不是python，因为这是隐藏python脚本的命令窗口所必需的。

现在重新启动计算机并检查它是否有效。