Maska na twarz z wyświetlaczem e-papieru: 9 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:27

Epidemia wirusa koronowego przyniosła światu zachodniemu nowy element mody: maski na twarz. W momencie pisania tego tekstu stały się one obowiązkowe w Niemczech i innych częściach Europy do codziennego użytku w transporcie publicznym, na zakupy i przy różnych innych okazjach. Moja córka, położna w trakcie szkolenia, wykonała wiele masek dla swojej rodziny i kolegów, podsunęła mi pomysł na ten projekt, wskazując na:

Podczas gdy maski na twarz mogą być pomocne w ograniczaniu rozprzestrzeniania się wirusa, a maski społecznościowe wykonane samodzielnie mają teraz różne kształty i wzory, a nawet z oświetleniem, mają wspólny problem: sprawiają, że ich noszący nie ma twarzy. Przynajmniej do pewnego stopnia, ponieważ usta i nos powinny być zakryte. Co sprawia, że komunikacja niewerbalna jest trudna, a wszystkie te twarze bez twarzy przerażają nie tylko małe dzieci.

Poniżej chciałbym opisać nowatorskie rozwiązanie tego problemu: maskę na twarz ze zintegrowanym wyświetlaczem. Zlokalizowany w miejscu, w którym powinny znajdować się usta, może pozwolić Ci wyrazić ogólny stan nastroju - szczęśliwy uśmiech, normalny, spięty, zły, zirytowany, … - poprzez wyświetlenie obrazu odpowiednich ust lub szkicu ust, niektóre SMS, symbol, a nawet animację.

Nie wykluczam, że koncept przyda się w praktyce, ale przynajmniej fajnie będzie się go nosić na imprezach. I może dać ci szansę noszenia uśmiechu ulubionej celebrytki, wampira, orka, rekina, kota, psa….

Poniższy opis prototypu ma na celu umożliwienie Ci zbudowania własnej wersji urządzenia, miejmy nadzieję, ulepszonej i dopasowanej do Twoich specjalnych potrzeb i życzeń. Ponieważ układ jest prosty, a urządzenie składa się głównie z części dostępnych na rynku, do montażu wymagane są jedynie ograniczone umiejętności techniczne i sprzęt.

Pokaż nam swoje wersje, układy, pomysły na ulepszenia i obrazy do wyświetlenia na urządzeniu.

Kieszonkowe dzieci

• Elastyczny wyświetlacz e-papierowy WaveShare o przekątnej 2,9 cala z czapką kierowcy (33 € za pośrednictwem Amazon.de)

• Kupiłem komponenty osobno: elastyczny wyświetlacz WaveShare 2,9 cala (przez Eckstein, 19 €), 296x128 pikseli czarno-biały.

  Wiki

  Sterownik wyświetlacza WaveShare eInk HAT (przez Amazon.de, 9 €)

• Raspberry Pi Zero, używałem modelu w wersji 1.3, można również użyć Raspberry Pi Zero W (Pimoroni.com, €10,51)
• Podkładka Pimoroni Button (8,55 € na Pimoroni.co.uk)
• Cienka, sztywna, ale elastyczna plastikowa płytka jako podkład pod wyświetlacz (użyłem nieużywanego arkusza ochronnego wyświetlacza dla iPhone'a 5)
• Power bank USB i długi kabel micro USB lub w połączeniu z RPi Zero, podkładką Pimoroni Zero LiPo, LiPo i ładowarką LiPo
• Maska na twarz komercyjna lub wykonana na zamówienie (typ płaski)

• Opcjonalnie: przydałby się dłuższy kabel taśmowy (FFC 24 pin raster 0,5 mm) np. 60 cm - SAMTEC FJH-20-D-24.00-4 przez Digi-Key (najdłuższy kabel, jaki udało mi się znaleźć) lub po prostu łańcuchowe elementy FFC 20 cm za pomocą adapterów (tak jak tutaj)

  Od końca maja 2020 roku Adafruit oferuje 25 cm 24-pinowe przedłużacze i przedłużacze: (kabel: https://www.adafruit.com/product/4230, 1,5 USD), złącze: (https://www.adafruit.com/produkt/4524)

• Opcjonalnie: zapięcia patentowe lub wszyte paski na rzepy do przymocowania wyświetlacza do maski lub koperty z tkaniny, gumki (niektóre z zestawu naprawczego biustonosza)
• Taśma dwustronna do ustalenia pozycji wyświetlacza w kopercie (można też przyszyć, aby to naprawić)
• Pasek na smycz do RPi Zero

Krok 1: Układ techniczny i koncepcja

WaveShare oferuje elastyczny 2,9-calowy wyświetlacz e-papierowy o wymiarach 6,6 x 2,9 cm i rozdzielczości 296 x 128 pikseli, a także nakładkę Raspberry Pi HAT ułatwiającą sterowanie wyświetlaczami e-ink. Rozmiar i rozdzielczość wyświetlacza 2,9'' pozwala wyświetlić usta w niemal pełnym rozmiarze, a będąc elastycznym, można go umieścić na zakrzywionych powierzchniach. Do wyświetlacza należy podłączyć małe złącze, które następnie należy połączyć z RPi HAT za pomocą 24-pinowego kabla płaskiego.

Używanie Raspberry Pi Zero jako mikrokontrolera daje szerokie możliwości sterowania wyświetlaczem. Do prototypu wybrałem podkładkę do przycisków od Pimoroni, ponieważ jest to proste i niedrogie, gotowe rozwiązanie, które można stosować w połączeniu z inne HAT/pHAT i mogą oferować wystarczające opcje kontroli dla większości celów. Zoptymalizowane programowanie (wszelka pomoc mile widziana!) może pozwolić na ograniczenie zużycia energii przez system do minimum.

Prosty sposób generowania wymaganych obrazów czarno-białych zostanie opisany w kolejnym kroku. Zasadniczo możesz wyświetlać filmy podobne do „animowanych GIF-ów”, ale pamiętaj, że częstotliwości odświeżania przekraczają sekundę na klatkę, ale częściowe odświeżenie ekranu może być pomocne.

Ograniczenie obecnego układu wynika ze stosunkowo krótkiego kabla łączącego RPi z wyświetlaczem. Kabel dołączony do HAT-a ma długość 20 cm, najdłuższy analogiczny kabel, jaki udało mi się znaleźć, miał 60 cm (ale niedostępny w maju 2020 r.). Aby Malina była w zasięgu Twoich rąk, m.in. w opasce na nadgarstek można połączyć kilka takich kabli ze złączami pomiędzy nimi. na razie uciekłem się do opcji noszenia RPI Zero jako smyczy (patrz zdjęcia).

Możesz nosić maskę wyświetlacza bez RPi, ponieważ wyświetlacz e-papieru wymaga zewnętrznego zasilania tylko do zmiany, ale nie do wyświetlania obrazu. Możesz więc po prostu wybrać "porównanie dnia", podłączyć RPi do wyświetlacza, załadować odpowiedni obraz na wyświetlacz, a następnie odłączyć RPi.

W wersji dla dzieci możesz skorzystać z elastycznego wyświetlacza 2,13'' oferowanego przez WaveShare. Ponieważ ma rozdzielczość 212x104 pikseli, musisz wygenerować pliki bmp w tym rozmiarze. Dostosowanie skryptu do tego wyświetlacza jest bardzo proste.

Adafruit oferuje podobne elastyczne wyświetlacze i płytkę sterowniczą pasującą do ich rodziny płyt Feather. Pozwoliłoby to na zaadoptowanie tej koncepcji do zastosowania z mikrokontrolerem. Więcej szczegółów znajdziesz w kroku 9.

Krok 2: Wygeneruj obrazy czarno-białe

Możesz wygenerować obrazy do wyświetlenia za pomocą programów do grafiki wektorowej (np. InkScape) lub grafiki pikselowej (np. GIMP), ale końcowy wynik musi być czarno-białym plikiem bmp o wymiarach 296 x 128 pikseli.

Tak więc, aby kolorowy obraz pojawił się na wyświetlaczu e-papieru, musi zostać przekonwertowany na obraz czarno-biały.

Możesz użyć obrazów bmp z kolekcji (ostatni krok) lub wygenerować własne. jak opisano poniżej. Mogą istnieć różne sposoby osiągnięcia celu, ale użyłem bardzo prostej i prostej procedury za pomocą GIMP:

1. Wystarczy uzyskać plik obrazu z częścią ustną o rozmiarze minimum 296 pikseli szerokości 128 pikseli wysokości. Może to wymagać portretu czołowego w wysokiej rozdzielczości.
2. Wybierz obszar o stosunku szerokości do wysokości około 2,32 do 1 i użyj opcji Obraz - Zmniejsz do zaznaczenia*
3. Następnie użyj opcji Obraz - Skaluj obraz*, aby zmniejszyć do szerokości 296 pikseli (lub wysokości 128 pikseli).
4. Następnie wybierz duży obszar 296 x 128 pikseli i przytnij obraz do zaznaczenia jak powyżej.
5. Ponieważ rozmiar musi wynosić dokładnie 296x128 pikseli, użyj opcji Image-Adjust Canvas Size*, aby w razie potrzeby poprawić
6. Teraz przekonwertuj obraz do skali szarości za pomocą opcji Obraz - Tryb - Skala szarości. Ten krok nie jest bezwzględnie konieczny, ale może być bardzo przydatny przy dostosowywaniu i optymalizacji (patrz krok 9).
7. Następnie przekonwertuj na czarno-białą mapę bitową za pomocą obrazu - Tryb - Indeksowany* z opcjami ditheringu „1 bit” i „Floyd-Steinberg”
8. Na koniec wyeksportuj bitmapę jako BMP do odpowiedniego folderu
9. Możesz spróbować zoptymalizować wyniki, modyfikując parametry, takie jak kontrast lub jasność obrazu w skali szarości. Color-Components – Wyodrębnij składniki – zielony kanał RGB to prosta opcja poprawiania obrazów i uwydatniania czerwonych składników w ustach. Wróć do kroku 7.
10. W przypadku filmu podobnego do „animowanego GIF-a” można przygotować kilka kolejnych obrazów jak powyżej oraz nazwać i ponumerować BMP w logiczny sposób. Następnie możesz wyświetlać je jeden po drugim na wyświetlaczu.
11. Umieść pliki w podfolderze pic poza folderem przykładowym e-papieru, w razie potrzeby zmień ich nazwy (np. image_1.bmp, …)
12. Zastąp nazwy plików bmp podane w przykładowym skrypcie nazwami swoich plików.

Uwagi:

• Nie jestem pewien, czy dobrze zrozumiałem angielskie nazwy wszystkich poleceń GIMP, ponieważ używam wersji niemieckiej.
• W przypadku niektórych przykładowych zdjęć użyto wybranych zdjęć pobranych z Internetu, więc nie mogą one być wykorzystywane w publikacjach ani w celach komercyjnych.

Krok 3: Elektronika i montaż

Montaż części elektronicznych jest stosunkowo prosty. Podkładka przycisku, jeśli jest używana bezpośrednio przyłączona do RPi, musi być przylutowana do GPIO RPi zgodnie z instrukcją producenta. Ponieważ podkładka jest bardzo cienka, HAT można umieścić na GPIO z zamocowaną podkładką. Użyj jak najmniej lutu i staraj się nie zanieczyścić pinów GPIO nad obszarem podkładki, wylutuj, jeśli to konieczne. W połączeniu z WaveShare e-Paper HAT można nawet dodać do GPIO podkładkę Pimoroni ZeroLiPo oprócz podkładki do przycisku, co może pozwolić na użycie małego LiPo jako źródła zasilania. Następnie umieść e-Paper HAT w GPIO, używając dystansów dostarczonych z HAT.

Podłącz wyświetlacz e-papierowy i płaski kabel połączeniowy do adaptera e-papierowego, a następnie do e-papierowego kapelusza zgodnie z opisem producenta (niebieskie elementy na końcu kabla FFC na dole). Ustaw dwa przełączniki na HAT zgodnie z wymaganiami używanego wyświetlacza, dla elastycznego wyświetlacza 2.9'' na "A" i "0".

Upewnij się, że masz zainstalowane całe wymagane oprogramowanie i zainstalowane biblioteki.

Możesz najpierw użyć przykładowych skryptów dostarczonych przez Pimoroni i WaveShare, aby sprawdzić funkcjonalność komponentów, a następnie przetestować kod specyficzny dla projektu (pokazany w kolejnym kroku).

Biorąc pod uwagę, że sprzęt i oprogramowanie działają, możesz teraz podłączyć wyświetlacz i adapter e-Paper do koperty wyświetlacza lub maski. Sugerowałbym mocowanie wyświetlacza i adaptera na jakimś elastycznym, ale wystarczająco sztywnym podłożu, użyłem cienkiej plastikowej folii i dwustronnej taśmy. Teraz arkusz podkładowy można wykorzystać do przymocowania wyświetlacza do maski lub do większej koperty ochronnej, np. przez szycie lub za pomocą taśmy dwustronnej, zapięć patentowych lub małych magnesów.

Ponieważ kabel FFC łączący RPI i wyświetlacz ma tylko 20 cm długości, użyłem sznurka owiniętego wokół wystających czapek, aby Raspberry Pi można było nosić blisko twarzy. Jak wspomniano, przydałby się dłuższy kabel lub przedłużenie kabla.

Do wykonania prototypu użyłem podobnego do kieszeni kawałka plastikowej bibułki (20x9,5 cm), a właściwie jakiegoś materiału opakowaniowego, który miałem pod ręką. Następnie wyciąłem otwór na wyświetlacz i naprawiłem tam wyświetlacz / płytę tylną. Następnie przymocowałem cztery plastikowe zatrzaski na rogach, patrz zdjęcia. Aby utrzymać całość na miejscu na twarzy użyłam dwóch prześwitujących gumek z haczykami z zestawu naprawczego biustonosza. Dzięki temu krążą wokół głowy, a regulacja długości jest bardzo prosta.

Krok 4: Skrypt

Przykładowy skrypt jest połączeniem skryptów demonstracyjnych dostarczonych przez WaveShare dla wyświetlacza HAT (zobacz Github tutaj) i przez Pimoroni dla Button Shim (zobacz tutaj). Jakakolwiek pochwała idzie do nich, wezmę na siebie każdą winę. Wszelkie uwagi i sugestie dotyczące optymalizacji są mile widziane.

Skrypt WaveShare wymaga zainstalowania kilku bibliotek, jak wskazano w dokumentacji na GitHub. Podobnie jak skrypt Pimoroni, ale tutaj jest narzędzie, które wykona tę pracę za Ciebie.

Najlepiej użyć świeżo sflashowanej karty SD z Raspianem, a następnie dodać narzędzie Pimoroni za pomocą

sudo apt-get zainstaluj pimoroni

i użyj go do zainstalowania kodów podkładek przycisków (znajdujących się w "innych") i zależności.

W przypadku części WaveShare skopiuj ich pakiet sterowników i przykładów ze strony GitHub i zainstaluj go oraz wszelkie zależności zgodnie z opisem tam (!). Większość zależności może już być spełniona.

Umieść skrypt w folderze przykładów Pythona oprogramowania WaveShare i skopiuj pliki bmp do podfolderu pic.

Korzystanie ze skryptu jest stosunkowo proste. W takim przypadku zmień nazwy plików bmp na listach BMP na te, które chcesz wyświetlić. Możesz przygotować listy kopii zapasowych i po prostu zastąpić żądaną na aktywnej liście, kopiując ją.

Uruchom skrypt. Sprawdź, czy wszystko idzie dobrze. Następnie możesz usunąć adaptery HDMI i USB (w przypadku niektórych koncentratorów USB, wyjęcie może zatrzymać RPi) i założyć maskę wyświetlacza na twarz i smycz na szyi. Spójrz w lustro i pobaw się, aby sprawdzić, czy wszystko działa dobrze.

Skrypt został rozłożony do minimum wymaganego do odczytywania przycisków i wyświetlania bmps. Jeśli więc chcesz wyświetlić tekst, linie lub figury geometryczne, dodaj wymagane elementy z przykładowego skryptu 2in9d.

Obrazy, które muszą znajdować się w folderze „pic”, są wymienione na liście „BMPs”, która składa się z 5 podlist z nazwami po 5 obrazów każda, czyli łącznie 25 obrazów. Pierwszy obraz na każdej podliście jest powiązany z przyciskiem A, drugi z przyciskiem B itd. Podlisty można wybierać przez długie naciśnięcie przycisków od A do E, tj. panel 1 jest wybierany przyciskiem A, panel 2 przyciskiem B itd. Skrypt definiuje kilka wątków działających w tle, obserwując każdy przycisk, który ma zostać naciśnięty, albo krótko lub dłużej niż 2 sekundy, co skutkuje zmianą zmiennych flag. Pętla głównego programu po prostu wykrywa, czy przycisk został naciśnięty/przytrzymany podczas odczytu flag button_was_held i button_was_pressed oraz które flagi (panel_flag, button_flag) zostały podniesione. Następnie odpowiednio ustawia odpowiednie zmienne (panel lub obraz). Na koniec obraz odpowiadający „BMPs [panel][image]” jest wybierany z listy i zapisywany na wyświetlaczu. Następnie flagi są resetowane do ich stanów podstawowych „null” lub „false”.

Reszta skryptu dotyczy głównie ustawiania zmiennych, inicjacji wyświetlania i obsługi błędów. Możesz uruchomić skrypt z IDE lub z konsoli, używając „python3 Button_shim_2in9_1.py”. Alternatywnie możesz uruchomić skrypt bezpośrednio po uruchomieniu.

Skrypt jest nadal optymalizowany, więc sprawdź dostępność aktualizacji.

Najnowsza wersja (2020-10 maja) zawiera funkcję do wyświetlania obrazów na liście BMPs, display_gallery() i jedną do wyświetlania tych na listach collection_x, display_collections(). Nieuwzględnione w poniższej liście, patrz załączony plik.

Należy pamiętać, że w celu uniknięcia „duszków” należy usunąć dowolny obraz, jeśli wyświetlacz nie jest używany przez kilka dni.

#!/usr/bin/env python

# z Pimoroni button shim script importuj czas import sygnału import buttonhim # importuj i uruchamiaj wyświetlanie #ze skryptu WaveShare-paper # -*- coding:utf-8 -*- import sys import 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') if os.path.exists(libdir): sys.path.append(libdir) importuj logowanie z waveshare_epd import epd2in9d importuj czas z PIL importuj Image, ImageDraw, ImageFont import traceback #Ustaw poziom logów wyjściowych logging.basicConfig(level=logging. DEBUG) ''' #nie jest tutaj wymagane font15 = ImageFont.truetype(os.path.join(picdir, 'Font.ttc'), 15) font24 = ImageFont.truetype(os.path. join(picdir, 'Font.ttc'), 24) ''' #set BMP list BMPs =

Krok 5: Wersja maski materiałowej i dalsze koncepcje aplikacji

W obecnej wersji prototypowej wyświetlacz można nosić nad zwykłym znakiem na twarzy lub przymocować do istniejących masek za pomocą rzepów lub magnesów. Ale tak naprawdę chciałbyś zintegrować wyświetlacz w masce, z pewną opcją szybkiego umieszczania i usuwania.

Do tej pory użyłem maski kupionej w lokalnym sklepie krawieckim („Schneiderei Schmargendorf”) z jakiegoś dość grubego materiału, określiłem właściwy obszar, w którym należy umieścić ekspozytor, a następnie wyciąłem otwór w zewnętrznej warstwie maska. Na kabel wyświetlacza wycięto szczelinę po wewnętrznej stronie w odpowiednim miejscu. Płytka nośna została przycięta do minimalnego wymaganego rozmiaru i wciśnięto kilka małych otworów, aby umożliwić szycie. Następnie wyświetlacz został przymocowany do płyty tylnej za pomocą taśmy dwustronnej, a także został nałożony na krawędzie, aby przymocować płytę i wyświetlacz do warstwy tkaniny. Następnie wyświetlacz został umieszczony w masce, kabel przesunięty do szczeliny, a tkanina została przymocowana do płyty nośnej. Pomocne może okazać się wcześniejsze wzmocnienie przyciętych krawędzi, np. niewielką ilością superkleju. W razie potrzeby przymocuj podkładkę, szyjąc po upewnieniu się, że wszystko pasuje. Podłącz kabel do HAT i uruchom Pi.

Ograniczeniem tego podejścia jest to, że nie można myć maski ze stałym zintegrowanym wyświetlaczem. Ale byłoby kilka innych sposobów mocowania wyświetlacza do maski. Jedną z opcji może być dodanie do maski kolejnej usuwalnej warstwy chusteczki i unieruchomienie wyświetlacza za pomocą rzepów lub zapięć patentowych. W ten sposób można go łatwo usunąć do mycia maski lub przenieść do innej maski.

Później ulepszone wersje mogą zintegrować dedykowany uchwyt na wyświetlacz, aby uzyskać bardziej profesjonalny wygląd.

----------------------------Chociaż pierwotnym pomysłem była maska na twarz z wyświetlaczem, bardzo podobny układ może być również użyty dla plakietek z imionami lub wyświetlacz wbudowany w ubrania lub opaski na nadgarstki.

Albo pomyśl o wersji „Kim jestem” z opaską na głowę ze zintegrowanym wyświetlaczem, wyświetlającym losowo wybrane obrazy lub terminy z większej kolekcji.

Pomysł, który uważam za dość śmieszny, ale nie chcę go pomijać, byłby nikabem z takim wyświetlaczem.

Masz dodatkowe pomysły? Proszę daj mi znać!

Ponieważ cały projekt wciąż trwa, od czasu do czasu szukaj aktualizacji.

Krok 6: Zbieranie obrazów - usta i twarze

Tutaj znajdziesz kolekcję obrazów, które można wykorzystać na 2,9-calowym wyświetlaczu, z naciskiem na twarze, zwykle ograniczone do ust. Znajdują się w nim między innymi królowa HM (2x), prezydent Obama, Ghandi, Dalajlama, Stalin, Paul Newman, Pavarotti i mój kot.

Należy pamiętać, że ponieważ wykorzystałem obrazy z Internetu jako źródło niektórych z nich, nadal może obowiązywać ochrona praw autorskich i mogą one nie być wykorzystywane do celów komercyjnych.

Krok 7: Kolekcja - Wzory

Oto kilka wzorców, które można wyświetlić, w większości generowanych za pomocą GIMP-a.

Krok 8: Zbieranie obrazów - znaki, symbole i tekst

Więcej przykładowych obrazów dla wyświetlacza 293x128:

Znaki i symbole, teksty.

Ponownie: niektóre obrazy lub symbole (np. malina, jabłko, instrukcje) mogą być chronione prawami autorskimi i nie powinny być wykorzystywane do celów komercyjnych.

Krok 9: Alternatywny układ: pióro Adafruit i wyświetlacz e-papieru

Dzisiaj (21-maja-2020) zdałem sobie sprawę, że Adafruit oferuje również elastyczne wyświetlacze e-papierowe o tym samym rozmiarze i wymiarach (https://www.adafruit.com/product/4262, 27 USD) oraz 25 cm Przedłużacze 24-pinowe o rastrze 0,5 mm (https://www.adafruit.com/product/4230, 1,5 USD) i przedłużacze (https://www.adafruit.com/product/4524).

Posiadają sterownik e-papieru dla swojej rodziny płyt Feather (Adafruit eInk Feather Friend z 32 KB SRAM, https://www.adafruit.com/product/4446, 9 USD), który jest wyposażony w uchwyt na kartę SD do przechowywania wszystkich tych obrazy.

Zakładam, że może to pozwolić na bardziej kompaktowy i energooszczędny układ niż opisana tutaj wersja Raspberry Zero i byłoby idealnym rozwiązaniem, jeśli wolisz korzystać z platformy STM32F405, 32u4 lub nRF52840. Niestety, połączenie wyświetlaczy eInk Feather Friends i WaveShare firmy Adafruit nie wydaje się trywialne.

Bardzo lubię zobaczyć wersję z BLE i aplikacją do kontrolowania wyświetlanych obrazów.

WaveShare oferuje osłonę sterownika ekranu Arduino i sterowniki ekranu oparte na ESP3266, jeśli wolisz te.