Maska za obraz z zaslonom e-papirja: 9 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:02

Izbruh koronavirusa je v zahodni svet prinesel novo modo: maske za obraz. V času pisanja so v Nemčiji in drugih delih Evrope postali obvezni za vsakodnevno uporabo v javnem prevozu, za nakupovanje in različne druge priložnosti. Moja hči, babica na usposabljanju, je naredila veliko mask za svojo družino in sodelavce ter mi dala idejo za ta projekt in mi nakazala naslednje:

Čeprav bi lahko bile maske za obraz v pomoč pri omejevanju širjenja virusa, maske skupnosti, ki jih izdelujejo sami, pa so zdaj v več velikostih in oblikah ter celo z osvetlitvijo, imajo skupno težavo: onemogočijo imetnika. Vsaj do določene mere, saj morata biti pokriti usta in nos. Kar otežuje neverbalno komunikacijo in vsi ti brezlični obrazi ne prestrašijo le majhnih otrok.

V nadaljevanju bi rad opisal novo rešitev tega problema: masko za obraz z vgrajenim zaslonom. Nahaja se približno tam, kjer bi morala biti vaša usta, vam lahko izrazi vaše splošno razpoloženje - veselo nasmejano, normalno, napeto, jezno, razdraženo … - tako, da prikažete podobo ustreznih ust ali skico ust, nekaj besedilno sporočilo, simbol ali celo animacijo.

Ne bom izključil, da bi lahko imel koncept nekaj uporabe v praksi, vendar bi bilo vsaj zabavno nositi ga na zabavah. In lahko vam da priložnost, da nosite nasmeh svoje najljubše slavne osebe, vampirja, orka, morskega psa, mačke, psa …

Naslednji opis prototipa naj bi vam omogočil izdelavo lastne različice naprave, upajmo izboljšane in prilagojene vašim posebnim potrebam in željam. Ker je postavitev preprosta in je naprava večinoma sestavljena iz komercialno dostopnih delov, so za sestavljanje potrebni le omejeni tehnični spretnosti in oprema.

Pokažite nam svoje različice, postavitve, ideje za izboljšave in slike za prikaz v napravi.

Zaloge

• Prilagodljiv 2,9-palčni zaslon z e-papirjem WaveShare z gonilnikom HAT (33 EUR prek Amazon.de)

• Komponente sem kupil ločeno: prilagodljiv 2,9-palčni zaslon e-papir WaveShare (prek Ecksteina, 19 €), 296 x 128 slikovnih pik č/b.

  Wiki

  Gonilnik zaslona WaveShare eInk HAT (prek Amazon.de, 9 €)

• Raspberry Pi Zero, uporabil sem model različice 1.3, lahko uporabite tudi Raspberry Pi Zero W (Pimoroni.com, 10,51 €)
• Pimoroni gumb podloga (8,55 € na Pimoroni.si)
• Tanka, trdna, a prilagodljiva plastična plošča kot podlaga za zaslon (za iPhone 5 sem uporabil neuporabljeno zaščito za zaslon)
• Napajalnik USB in dolg mikro USB kabel ali v kombinaciji z RPi Zero, Pimoroni Zero LiPo podlogo, LiPo in polnilnikom LiPo
• Komercialna ali po meri izdelana maska za obraz (ploska)

• Izbirno: v pomoč bi bil daljši trakovni kabel (FFC 24 -polni razmik 0,5 mm), npr. 60 cm-SAMTEC FJH-20-D-24.00-4 prek Digi-Key-a (najdaljši kabel na polici, ki sem ga našel) ali samo 20-centimetrski kosi FFC z marjeticami z uporabo adapterjev (kot je narejeno tukaj)

  Od konca maja 2020 Adafruit ponuja 25 cm 24 -polne podaljške in podaljške: (kabel: https://www.adafruit.com/product/4230, 1,5 USD), priključek: (https:// www.adafruit.com/product/4524)

• Neobvezno: patentni pritrdilni elementi ali trakovi za pritrjevanje na velcro, ki jih je mogoče pritrditi na zaslon, na masko za obraz ali ovojnico iz tkanine, gumijaste trakove (nekaj uporabljenih iz kompleta za popravilo modrc)
• Dvostranski trak za pritrditev položaja zaslona v ovojnici (ali pa ga lahko zašijete, da ga popravite)
• Vrvica za RPi Zero

1. korak: Tehnična postavitev in koncept

WaveShare ponuja prilagodljiv 2,9-palčni zaslon e-papirja v velikosti 6,6 x 2,9 cm in ločljivosti 296 x 128 slikovnih pik ter Raspberry Pi HAT za poenostavitev nadzora nad zasloni z e-črnilom. Velikost in ločljivost 2,9 -palčnega zaslona omogočata prikaz ust v skoraj polni velikosti, zaradi prilagodljivosti pa ga lahko postavite na ukrivljene površine. Na zaslon je treba priključiti majhen konektor, ki ga je treba nato povezati s RPi HAT s 24 -polnim ploskovnim kablom.

Uporaba Raspberry Pi Zero kot mikrokrmilnika ponuja široko paleto možnosti za nadzor prikaza. drugih HAT/pHAT in lahko ponudijo dovolj možnosti nadzora za večino namenov. Optimizirano programiranje (dobrodošla vsaka pomoč!) Lahko zmanjša porabo energije sistema na minimum.

Preprost način za ustvarjanje zahtevanih črno -belih slik bo opisan v naslednjem koraku. Načeloma lahko prikažete filme, podobne "animiranemu GIF-u", vendar ne pozabite, da so stopnje osvežitve nad sekundo/sličico, vendar je lahko delna osvežitev zaslona v pomoč.

Omejitev trenutne postavitve je posledica razmeroma kratkega kabla, ki povezuje RPi in zaslon. Kabel s HAT je dolg 20 cm, najdaljši analogni kabel, ki sem ga našel, je bil dolg 60 cm (vendar maja 2020 ni na voljo). Da bo malina v dosegu vaših rok, npr. v zapestnem traku bi lahko združili več teh kablov s priključki vmes. zaenkrat sem se zatekel k možnosti, ki nosi RPI Zero kot vrvico (glej slike).

Masko zaslona lahko nosite brez RPi, saj zaslon za e-papir potrebuje zunanje napajanje samo za spreminjanje, ne pa tudi za prikaz slike. Tako lahko preprosto izberete svojo »podobo dneva«, pritrdite RPi na zaslon, naložite ustrezno sliko na zaslon in nato odklopite RPi.

Za otroško različico lahko uporabite prilagodljiv 2,13 -palčni zaslon, ki ga ponuja WaveShare. Ker ima ločljivost 212x104 slikovnih pik, morate ustvariti datoteke bmp v tej velikosti. Prilagoditev skripta temu zaslonu je zelo preprosta.

Adafruit ponuja podobne prilagodljive zaslone in vozniško ploščo, ki ustreza njihovi družini plošč iz perja. To bi omogočilo uporabo tega koncepta za uporabo z mikrokrmilnikom. Za več podrobnosti glejte 9. korak.

2. korak: Ustvarite črno -bele slike

Slike, ki jih želite prikazati, lahko ustvarite z uporabo programov vektorske grafike (npr. InkScape) ali slikovnih pik (npr. GIMP), vendar mora biti končni rezultat črno-bela bmp datoteka velikosti 296 x 128 slikovnih pik.

Torej, da se barvna slika prikaže na zaslonu e-papirja, jo je treba pretvoriti v črno-belo sliko.

Uporabite lahko slike bmp iz zbirke (zadnji korak) ali ustvarite nekaj svojih. kot je opisano v nadaljevanju. Morda obstajajo različni načini za dosego cilja, vendar sem uporabil zelo preprost in enostaven postopek z uporabo programa GIMP:

1. Samo vzemite slikovno datoteko z ustnim delom, ki ima velikost najmanj 296 slikovnih pik, široko 128 slikovnih pik. To lahko zahteva sprednji portret z visoko ločljivostjo.
2. Izberite območje z razmerjem širine in višine približno 2,32 proti 1 in uporabite sliko - skrči na izbor*
3. Nato uporabite Image - Scale image*, da se skrčite na 296 slikovnih pik v širino (ali 128 slikovnih pik v višino).
4. Naslednjič izberite veliko območje 296 x 128 slikovnih pik in okrnite sliko do izbire, kot je opisano zgoraj.
5. Ker mora biti velikost natančno 296 x 128 slikovnih pik, po potrebi uporabite sliko za prilagoditev velikosti platna*, da jo popravite
6. Zdaj pretvorite sliko v sivine z uporabo Slika - Način - Sivina. Ta korak ni nujno potreben, vendar je lahko zelo koristen za prilagoditve in optimizacijo (glej korak 9).
7. Nato pretvorite v črno -belo bitno sliko z uporabo Image - Mode - Indexed* z možnostmi "1 bit" in "Floyd -Steinberg" dithering
8. Končno izvozite bitno sliko kot BMP v ustrezno mapo
9. Rezultate lahko poskusite optimizirati tako, da spremenite parametre kot kontrast ali svetlost slike v sivi lestvici. Barva- Komponente- Izvleči komponente- RGB zeleni kanal je preprosta možnost za izboljšanje slik in povečanje rdečih komponent v ustih. Vrnite se na korak 7.
10. Za film, podoben "animiranemu GIF-u", lahko pripravite številne zaporedne slike, kot je opisano zgoraj, in BMP označite in oštevilčite na logičen način. Nato jih lahko prikažete enega za drugim na zaslonu.
11. Datoteke postavite v podmapo pic pod mapo z e-papirjem, če je potrebno, jih preimenujte (npr. Image_1.bmp,…)
12. Imena datotek bmp, navedena v vzorčnem skriptu, zamenjajte z imeni vaših datotek.

Opombe:

• Nisem prepričan, ali sem pravilno razumel angleška imena vseh ukazov GIMP, saj uporabljam nemško različico.
• Za nekatere primere slik so bili uporabljeni izbori slik, posnetih z interneta, zato se teh morda ne bi smeli uporabljati v publikacijah ali v kakršne koli komercialne namene.

3. korak: Elektronika in montaža

Montaža elektronskih delov je razmeroma preprosta. Če je gumb pritrjen neposredno na RPi, ga je treba spajkati na GPIO RPi, kot je navedeno v navodilih proizvajalca. Ker je podloga zelo tanka, lahko na GPIO namestite KOPAL s pritrjeno podlogo. Uporabite čim manj spajkanja in ne onesnažite zatičev GPIO nad območjem podložke, po potrebi jih odlepite. V kombinaciji s WaveShare e-Paper HAT lahko v GPIO poleg podloge za gumbe dodate celo podlogo Pimoroni ZeroLiPo, ki bi lahko omogočila uporabo majhnega LiPo kot vira energije. Nato postavite HAT e-papirja na GPIO z uporabo zastojev, ki prihajajo s HAT.

Zaslon e-papirja in ploski priključni kabel priključite na adapter za e-papir in nato na HAT za e-papir, kot je opisal proizvajalec (modri izdelovalci na koncu kabla FFC navzdol). Dve stikali na HAT nastavite v skladu z zahtevami uporabljenega zaslona, za prilagodljiv 2,9 '' zaslon na "A" in "0".

Prepričajte se, da ste namestili vso potrebno programsko opremo in knjižnice.

Najprej lahko uporabite vzorčne skripte, ki sta jih ponudila Pimoroni in WaveShare, da preverite funkcionalnost komponent, nato pa preizkusite kodo za projekt (prikazano v poznejšem koraku).

Glede na to, da strojna in programska oprema delujeta, lahko zdaj zaslon in adapter za e-papir pritrdite na ovojnico zaslona ali masko. Predlagam, da zaslon in adapter pritrdite na prilagodljivo, a dovolj trdno podlago, uporabil sem tanko plastično folijo in dvostranski trak. Zdaj lahko podložni list uporabite za pritrditev zaslona na masko ali na večjo zaščitno ovojnico, npr. s šivanjem ali uporabo dvostranskega traku, patentnih pritrdilnih elementov ali majhnih magnetov.

Ker je kabel FFC, ki povezuje RPI in zaslon, dolg le 20 cm, sem uporabil vrvico, ovito okoli stojala HAT, da sem Raspberry Pi nosil blizu obraza. Kot smo že omenili, bi bil primeren daljši kabel ali podaljšek kabla.

Za prototip sem uporabil žepkast kos plastičnega tkiva (20x9,5 cm), pravzaprav nekaj embalažnega materiala, ki je bil pri roki. Nato sem izrezal luknjo za zaslon in pritrdil ploščo zaslona / podlage. Nato sem na vogalih pritrdil štiri plastične zapahe, glej slike. Da bi vse skupaj držali na obrazu, sem uporabil dva prosojna gumijasta traka s kljukami iz kompleta za popravilo modrc. Tako ti gredo okoli glave in prilagoditve dolžine so zelo preproste.

4. korak: Skript

Primer skripta je združitev demo skriptov, ki jih WaveShare ponuja za prikaz HAT (glej Github tukaj) in Pimoroni za Shutton Shim (glej tukaj). Vsaka pohvala gre njim, prevzel bom vsako krivdo. Vse pripombe in predlogi za optimizacijo so dobrodošli.

Skript WaveShare zahteva namestitev več knjižnic, kot je navedeno v dokumentaciji o GitHubu. Tudi scenarij Pimoroni, vendar tukaj obstaja orodje, ki vam bo opravilo delo.

Najbolje je, da z Raspianom uporabite sveže utripajočo kartico SD, nato z orodjem dodajte orodje Pimoroni

sudo apt-get install pimoroni

in ga uporabite za namestitev kod za nastavitev gumbov (najdenih pod "drugi") in odvisnosti.

Za del WaveShare kopirajte njihove gonilnike in paket primerov s strani GitHub in ga namestite ter vse odvisnosti, kot je opisano tam (!). Večina odvisnosti je morda že izpolnjenih.

Skript postavite v mapo s primeri pythona programske opreme za prikaz WaveShare in kopirajte datoteke bmp v podmapo pic.

Uporaba skripta je razmeroma preprosta. V vsakem primeru spremenite imena datotek bmp na seznamih BMP v imena, ki jih želite prikazati. Pripravite lahko rezervne sezname in jih preprosto zamenjate tako, da jih kopirate.

Zaženite skript. Preverite, ali stvari dobro tečejo. Nato lahko odstranite vmesnika HDMI in USB (pri nekaterih zvezdiščih USB odstranitev lahko ustavi RPi) in namestite masko zaslona na obraz in vrvico okoli vratu. Poglejte se v ogledalo in se igrajte, da preverite, ali vse deluje dobro.

Skript je bil črtan na minimum, potreben za branje gumbov in prikaz bmp. Če želite prikazati besedilo, črte ali geometrijske figure, dodajte zahtevane elemente iz primera 2in9d.

Slike, ki morajo biti v mapi "pic", so navedene na seznamu "BMP", ki je sestavljen iz 5 podnapisov z imeni po 5 slik ali 25 slik skupaj. Prva slika na vsakem podseznamu je povezana s tipko A, druga s tipko B itd. Sezname lahko izberete z dolgim pritiskom na gumbe od A do E, tj. Ploščo 1 izberete z gumbom A, ploščo 2 z gumbom B itd. Skript definira več niti, ki tečejo v ozadju, pri čemer pazi, da se pritisne vsak gumb kratek ali zadržan dlje kot 2 sekundi, kar povzroči spremembo spremenljivk zastavice. Zanka glavnega programa prav zazna, če je bil pritisnjen gumb/zadrži bralne zastavice button_was_held in button_was_pressed ter katere zastavice (panel_flag, button_flag) so bile dvignjene. Nato ustrezno nastavi ustrezne spremenljivke (ploščo ali sliko). Na koncu je s seznama izbrana slika, ki ustreza "BMP [panel] [slika]" in se zapiše na zaslon. Nato se zastavice ponastavijo v osnovno stanje »ničelno« ali »napačno«.

Preostali del skripta večinoma govori o nastavitvi spremenljivk, zagonu prikaza in nekaj obravnavah napak. Skript lahko zaženete iz IDE -ja ali iz ukazne mize z uporabo “python3 Button_shim_2in9_1.py”. Druga možnost je, da se skript zažene takoj po zagonu.

Skript je še v postopku optimizacije, zato preverite, ali so na voljo posodobitve.

Najnovejša različica (2020-maj-10) vsebuje funkcijo za prikaz slik na BMP-jih s seznama, display_gallery () in eno za prikaz slik na seznamih collection_x, display_collections (). Ni vključeno v spodnji seznam, glej priloženo datoteko.

Zavedajte se, da lahko, če se želite izogniti "duhovom", izbrišete katero koli sliko, če zaslona ne uporabljate več dni.

#!/usr/bin/env python

# iz Pimoronijevega gumba Shim script čas uvoza čas uvoza signala za uvoz signalahim # uvoz in začetek prikaza #iz skripta WaveShare-papir #-*-kodiranje: utf-8-*-uvoz sys uvoz os picdir = os.path.join (os.path.dirname (os.path.dirname (os.path.realpath (_ file_))), 'pic') libdir = os.path.join (os.path.dirname (os.path.dirname (os.path.realpath (_file_))), 'lib'), če os.path.exists (libdir): sys.path.append (libdir) uvoz beleženja iz waveshare_epd uvoz epd2in9d čas uvoza iz PIL uvoz slike, ImageDraw, ImageFont uvoz nazaj sledenje #nastavite raven izhodnega dnevnika logging.basicConfig (level = logging. DEBUG) '' ' #tukaj ni potrebno font15 = ImageFont.truetype (os.path.join (picdir,' Font.ttc '), 15) font24 = ImageFont.truetype (os.path. join (picdir, 'Font.ttc'), 24) '' '#set BMP seznam BMP = =

5. korak: Različica maske s krpo in nadaljnji koncepti uporabe

V trenutni različici prototipa lahko zaslon nosite nad običajno oznako obraza ali pa ga pritrdite na obstoječe maske z velcro trakovi ali magneti. Dejansko bi radi integrirali zaslon v masko z nekaj možnostmi za hitro namestitev in odstranitev.

Kar sem doslej storil, je bilo, da sem uporabil masko, ki sem jo kupil v lokalni krojaški delavnici ("Schneiderei Schmargendorf"), narejeno iz neke precej debele tkanine, določil pravo območje, na katerem bi moral biti zaslon, in nato izrezati luknjo v zunanjo plast maska. Za kabel zaslona je bila na notranji strani na ustreznem mestu odrezana reža. Podložna plošča je bila razrezana na minimalno zahtevano velikost in vstavljenih več majhnih lukenj, ki omogočajo šivanje. Nato je bil zaslon pritrjen na podporno ploščo z dvostranskim trakom, z robovi pa je bil pritrjen tudi pritrditev plošče in prikaz na plast tkanine. Nato so zaslon postavili v masko, kabel premaknili v režo in krpo namestili na podlago. Morda bi bilo koristno, da pred tem okrepite rezane robove, na primer z majhno količino super lepila. V primeru, da pritrdite podporno ploščo s šivanjem, potem ko ste preverili, ali se vse dobro prilega. Priključite kabel na HAT in zaženite Pi.

Omejitev tega pristopa je, da maske ne smete prati s fiksnim vgrajenim zaslonom. Obstaja pa še nekaj drugih načinov pritrditve zaslona na masko. Ena od možnosti je lahko, da maski dodate drugo odstranljivo plast tkiva in zaslon pritrdite z velcro trakovi ali patentnimi pritrdilnimi elementi. Tako se lahko zlahka odstrani za pranje maske ali premakne na drugo masko.

Kasneje bi lahko izboljšane različice vključile namensko držalo zaslona za doseganje bolj profesionalnega videza.

---------------------------- Čeprav je bila prvotna zamisel maska za obraz z zaslonom, bi lahko zelo podobno postavitev uporabili tudi za imenske oznake ali zaslon, integriran v oblačila ali zapestne trakove.

Ali pa pomislite na različico »Kdo sem« z naglavnim trakom z vgrajenim zaslonom, ki prikazuje slike ali izraze, naključno izbrane iz večje zbirke.

Ideja, ki se mi zdi precej smešna, a je ne želim pustiti brez omembe, bi bil Niqab s takšnim prikazom.

Imate dodatne ideje? Prosim obvestite me!

Ker celoten projekt še poteka, občasno poiščite posodobitve.

Korak 6: Zbiranje slik - usta in obrazi

Tu najdete zbirko slik, ki jih je mogoče uporabiti na 2,9 -palčnem zaslonu s poudarkom na obrazih, običajno omejenih na del ust. Med drugim vsebuje HM kraljico (2x), predsednika Obamo, Ghandija, dalajlamo, Stalina, Paula Newmana, Pavarottija in mojo mačko.

Upoštevajte, da ker sem za nekatere od njih uporabil slike iz interneta, lahko zaščita avtorskih pravic še vedno velja in jih morda ne bomo uporabljali v komercialne namene.

7. korak: Zbiranje - vzorci

Tu je nekaj vzorcev, ki bi jih lahko prikazali, večina jih je ustvarjenih z uporabo GIMP.

8. korak: Zbiranje slik - znaki, simboli in besedilo

Več primerov slik za zaslon 293x128:

Znaki in simboli, besedila.

Še enkrat: nekatere slike ali simboli (npr. Raspberry, Apple, Instructables) so lahko zaščiteni z avtorskimi pravicami in se ne smejo uporabljati v komercialne namene.

9. korak: Alternativna postavitev: zaslon Adafruit Perja in E-papir

Danes (21. maj 2020) sem spoznal, da Adafruit ponuja tudi prilagodljive zaslone za e-papir enake velikosti in dimenzij (https://www.adafruit.com/product/4262, 27 ameriških dolarjev), pa tudi 25 cm 24 -polni podaljški s premerom 0,5 mm (https://www.adafruit.com/product/4230, 1,5 USD) in priključki za podaljševanje (https://www.adafruit.com/product/4524).

Imajo gonilnik za e-papir za svojo družino Feather Board (Adafruit eInk Feather Friend z 32KB SRAM, https://www.adafruit.com/product/4446, 9 US $), ki je priložen nosilcu kartice SD za shranjevanje vseh teh slike.

Predvidevam, da bi to lahko omogočilo bolj kompaktno in energetsko učinkovito postavitev od tukaj opisane različice Raspberry Zero in bi bila odlična rešitev, če bi raje uporabili platformo STM32F405, 32u4 ali nRF52840. Na žalost se zdi, da združitev zaslonov Adafruit eInk Feather Friends in WaveShare ni nepomembna.

Zelo rad vidim različico z BLE in aplikacijo za nadzor, katere slike se prikazujejo.

WaveShare ponuja ščit gonilnika zaslona Arduino in gonilnike zaslona na osnovi ESP3266, če vam je ljubše.