Ansiktsmaske med e-papirvisning: 9 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:21

Korona -utbruddet har brakt et nytt mote til den vestlige verden: ansiktsmasker. I skrivende stund ble de obligatoriske i Tyskland og andre deler av Europa for daglig bruk i offentlig transport, for shopping og forskjellige andre anledninger. Datteren min, jordmor på opplæring, har laget mange masker for familien og kollegaene, og ga meg ideen til dette prosjektet, noe som indikerte meg følgende:

Selv om ansiktsmasker kan være nyttig for å begrense spredningen av viruset, og selvlagde samfunnsmasker nå kommer i flere størrelser og mønstre, og selv med belysning, har de et vanlig problem: de gjør brukeren ansiktsløs. I det minste til en viss grad, da munn og nese skal være dekket. Noe som gjør ikke-verbal kommunikasjon vanskelig, og alle disse ansiktsløse ansiktene skremmer ikke bare små barn.

I det følgende vil jeg beskrive en ny løsning på dette problemet: en ansiktsmaske med integrert skjerm. Plassert omtrent der munnen din skal være, kan det tillate deg å uttrykke din generelle humørstilstand - glad smilende, normal, anspent, sint, irritert, … - ved å vise enten et bilde av en passende munn eller en skisse av en munn, noen tekstmelding, symbol eller til og med en animasjon.

Jeg vil ikke utelukke at konseptet kan ha noen bruk i praksis, men det kan i det minste være veldig morsomt å ha på seg på fester. Og kan gi deg sjansen til å bære smilet til din favorittkjendis, vampyr, ork, hai, katt, hund,….

Den følgende beskrivelsen av prototypen er ment å tillate deg å bygge din egen versjon av enheten, forhåpentligvis forbedret og tilpasset dine spesielle behov og ønsker. Siden oppsettet er enkelt og enheten stort sett består av kommersielt tilgjengelige deler, kreves det bare begrensede tekniske ferdigheter og utstyr for montering.

Vennligst vis oss dine versjoner, oppsett, ideer til forbedringer og bilder som skal vises på enheten.

Rekvisita

• WaveShare fleksibel 2,9 '' e-papirskjerm med driverhatt (€ 33 via Amazon.de)

• Jeg kjøpte komponentene separat: WaveShare fleksibel 2,9 tommers e-Paper-skjerm (via Eckstein, € 19), 296 x 128 piksler s/h.

  Wiki

  WaveShare eInk display driver HAT (via Amazon.de, € 9)

• Raspberry Pi Zero, jeg brukte en versjon 1.3 -modell, du kan også bruke en Raspberry Pi Zero W (Pimoroni.com, € 10,51)
• Pimoroni knappeskive (€ 8,55 på Pimoroni.co.uk)
• En tynn, stiv, men fleksibel plastplate som bakside for skjerm (jeg brukte et ubrukt skjermbeskyttelsesark for iPhone 5)
• USB -strømbank og lang mikro -USB -kabel, eller i kombinasjon med RPi Zero, Pimoroni Zero LiPo -mellomlegg, LiPo og en LiPo -lader
• Kommersiell eller skreddersydd ansiktsmaske (flat type)

• Valgfritt: en lengre båndkabel (FFC 24 -pins 0,5 mm stigning) ville være nyttig, f.eks. 60 cm-SAMTEC FJH-20-D-24.00-4 via Digi-Key (lengste montering av sokkelkabelen jeg kunne finne) eller bare 20 cm FFC-stykker med daisy-chain ved hjelp av adaptere (som gjort her)

  I slutten av mai 2020 tilbyr Adafruit 25 cm 24 -pins forlengelseskabler og forlengerkontakter: (kabel: https://www.adafruit.com/product/4230, 1,5 US $), kontakt: (https:// www.adafruit.com/product/4524)

• Valgfritt: patentfester eller sybare borrelåsstrimler for å feste på skjermen til en ansiktsmaske eller en klutkonvolutt, gummibånd (brukt noen fra et bh -reparasjonssett)
• Dobbeltsidig tape for å fikse posisjonen til displayet i konvolutten (eller du kan sy for å fikse det)
• Nøkkelbånd til RPi Zero

Trinn 1: Teknisk layout og konsept

WaveShare tilbyr en fleksibel 2,9 tommers e-papirskjerm i størrelsen 6,6 x 2,9 cm og en oppløsning på 296 x 128 piksler, pluss en Raspberry Pi HAT for å forenkle kontrollen av e-blekkdisplayene. Størrelsen og oppløsningen på 2,9 -tommers skjerm gjør det mulig å vise en munn i nesten full størrelse, og den er fleksibel og kan plasseres over buede overflater. En liten kontakt må festes til skjermen som deretter må kobles til RPi HAT med en 24 -pinners flatbandkabel.

Å bruke en Raspberry Pi Zero som mikrokontroller tilbyr et bredt spekter av muligheter til å kontrollere skjermen. andre HAT/pHAT og kan tilby nok kontrollalternativer for de fleste formål. Optimalisert programmering (all hjelp velkommen!) Kan gjøre det mulig å redusere strømforbruket til systemet til et minimum.

En enkel måte å generere de nødvendige svart -hvitt -bildene vil bli beskrevet i et senere trinn. I prinsippet kan du vise "animerte GIF" -lignende filmer, men husk at forfriskningshastigheten er over en sekund/ramme, men delvis oppdatering av skjermen kan være nyttig.

En begrensning av gjeldende layout skyldes den relativt korte kabelen som forbinder RPi og displayet. Kabelen som følger med HAT er 20 cm lang, den lengste analoge kabelen jeg fant var 60 cm lang (men ikke tilgjengelig i mai 2020). For å ha bringebæret i rekkevidde av hendene dine, f.eks. i et håndleddsbånd, kunne man sammenkoble flere av disse kablene med kontakter i mellom. for øyeblikket benyttet jeg meg av alternativet iført RPI Zero som snor (se bilder).

Du kan bruke skjermmasken uten RPi, ettersom e-Paper-skjermen krever ekstern strøm bare for å bytte, men ikke for å vise et bilde. Så du kan bare velge din "likhet med dagen", feste RPi -en med skjermen, laste det tilhørende bildet til skjermen og deretter koble fra RPi -en.

For en barneversjon kan du bruke den fleksible 2,13 '' skjermen som tilbys av WaveShare. Siden den har en oppløsning på 212x104 piksler, må du generere bmp -filer i denne størrelsen. Det er veldig enkelt å tilpasse skriptet til denne skjermen.

Adafruit tilbyr lignende fleksible skjermer og et førerkort som passer deres Featherboard -familie. Dette vil tillate å vedta dette konseptet som skal brukes med en mikrokontroller. For mer informasjon, se trinn 9.

Trinn 2: Lag svart -hvitt -bilder

Du kan generere bildene som skal vises ved å bruke vektorgrafikk (f.eks. InkScape) eller pikselgrafikk (f.eks. GIMP) -programmene, men den siste utgangen må være en svart / hvit bmp-fil på 296 x 128 piksler.

Så for at et fargebilde skal vises på e-papirdisplayet, må det konverteres til et svart-hvitt-bilde.

Du kan enten bruke bmp -bilder fra samlingen (siste trinn), eller du kan lage noen av dine egne. som beskrevet i det følgende. Det kan være forskjellige måter å nå målet på, men jeg brukte en veldig enkel og grei prosedyre ved hjelp av GIMP:

1. Bare få en bildefil med munndelen som har en størrelse på minimum 296 piksler bred 128 piksler høy. Dette kan kreve et høyoppløselig frontportrett.
2. Velg et område med et bredde -til -høyde -forhold på ca. 2,32 til 1, og bruk Bilde - Krymp til valg*
3. Deretter bruker du Bilde - Skaler bilde* til å krympe til 296 piksler bredt (eller 128 piksler høyt).
4. Som neste, velg et stort område på 296 x 128 piksler og avkort bildet til valg som ovenfor.
5. Siden størrelsen må være nøyaktig 296 x 128 piksler, bruker du Bildejuster lerretstørrelse* for å korrigere om nødvendig
6. Konverter nå bildet til gråtoner med Image - Mode - Grayscale. Dette trinnet er ikke strengt nødvendig, men kan være ganske nyttig for justeringer og optimalisering (se trinn 9).
7. Konverter deretter til en b & w -bitmap ved hjelp av Image - Mode - Indexed* med alternativene "1 bit" og "Floyd -Steinberg" dithering
8. Til slutt, eksporter bitmapet som BMP til en passende mappe
9. Du kan prøve å optimalisere resultatene ved å endre parametere som kontrast eller lysstyrke i gråtonebildet. Farge- Komponenter- Trekk ut komponenter- RGB grønn kanal er et enkelt alternativ for å forbedre bilder og forbedre røde komponenter som munnen. Gå tilbake til trinn 7.
10. For en "animert GIF" -lignende film kan du forberede en rekke påfølgende bilder som ovenfor og navngi og nummerere BMP-ene på en logisk måte. Deretter kan du vise dem etter hverandre på displayet.
11. Plasser filene i pic-undermappen utenfor e-paper-eksempelmappen, hvis nødvendig, gi dem et nytt navn (f.eks. Image_1.bmp, …)
12. Erstatt bmp-filnavnene som er gitt i eksempelskriptet med filene dine.

Merknader:

• Jeg er ikke sikker på om jeg har de engelske navnene på alle GIMP -kommandoer riktig, ettersom jeg bruker en tysk versjon.
• For noen av eksempelbildene ble utvalg av bilder tatt fra internett brukt, så disse kan ikke bli brukt i publikasjoner eller til kommersielle formål.

Trinn 3: Elektronikk og montering

Montering av de elektroniske delene er relativt enkel. Knappeskiven, hvis den brukes direkte festet til RPi, må loddes til RPi's GPIO som angitt på produsentens instruksjoner. Siden mellomstykket er veldig tynt, kan en HAT plasseres på GPIO med mellomlegg festet. Bruk så lite loddetinn som mulig, og prøv å ikke forurense GPIO -pinnene over mellomleggsområdet, desolder om nødvendig. I kombinasjon med WaveShare e-Paper HAT kan du til og med legge til et Pimoroni ZeroLiPo-mellomlegg i GPIO i tillegg til knappeskiven, som kan tillate bruk av en liten LiPo som strømkilde. Legg deretter e-Paper HAT til GPIO ved å bruke avstandene som følger med HATEN.

Koble e-papirdisplayet og den flate tilkoblingskabelen til e-papiradapteren og deretter til e-papirhatten som beskrevet av produsenten (blå produsenter på enden av FFC-kabelen nedover). Still de to bryterne på HAT i henhold til kravene til displayet som brukes, for den fleksible 2,9 '' displayen til "A" og "0".

Sørg for at du har installert all nødvendig programvare og bibliotek.

Du kan først bruke eksempelskriptene gitt av Pimoroni og WaveShare for å kontrollere funksjonaliteten til komponentene, og deretter teste den prosjektspesifikke koden (vist i et senere trinn).

Siden hard- og programvaren fungerer, kan du nå feste skjermen og e-Paper-adapteren til skjermkonvolutten eller masken. Jeg vil foreslå å fikse skjermen og adapteren på en fleksibel, men tilstrekkelig stiv bakside, jeg brukte et tynt plastark og dobbeltsidig tape. Nå kan underlaget brukes til å feste skjermen til masken din eller til en større konvolutt, f.eks. ved å sy eller bruke dobbeltsidig tape, patentfester eller små magneter.

Siden FFC-kabelen som forbinder RPI og skjerm bare er 20 cm lang, brukte jeg en snor som var viklet rundt HAT-avstandene for å gjøre Raspberry Pi bærbar nær ansiktet. Som diskutert, ville lengre kabel eller en kabelforlengelse være nyttig.

Til prototypen brukte jeg et lommelignende stykke plastvev (20x9,5 cm), faktisk noe emballasjemateriale som hadde vært tilgjengelig. Jeg skar deretter et hull for displayet og festet displayet / bakplaten der inne. Jeg festet deretter fire plastlåser på hjørnene, se bilder. For å holde det hele på plass i ansiktet brukte jeg to gjennomsiktige gummibånd med kroker fra et bh -reparasjonssett. Så de går rundt hodet ditt og lengdejusteringer er veldig enkle.

Trinn 4: Skriptet

Eksempelskriptet er en sammenslåing av demoskript levert av WaveShare for HAT -skjermen (se Github her) og av Pimoroni for Button Shim (se her). All ros til dem, jeg tar enhver skyld. Eventuelle kommentarer og forslag til optimalisering mottas med takk.

WaveShare -skriptet krever at flere biblioteker installeres, som angitt i dokumentasjonen på GitHub. Det samme gjør Pimoroni -manuset, men her er det et verktøy for å gjøre jobben for deg.

Det beste er å bruke et nylastet SD-kort med Raspian, og legg deretter til Pimoroni-verktøyet med

sudo apt-get install pimoroni

og bruk den til å installere knappene mellom knappene (finnes under "andre") og avhengighetene.

For WaveShare -delen, kopier driverne og eksempler -pakken fra GitHub -siden og installer den og eventuelle avhengigheter som beskrevet der (!). De fleste avhengigheter kan allerede være oppfylt.

Plasser skriptet i mappen python-eksempler på WaveShare-skjermprogramvaren, og kopier bmp-filene til undermappen pic.

Å bruke skriptet er relativt enkelt. I tilfelle endrer du navnene på bmp-filene i BMP-listene til de du vil vise. Du kan utarbeide sikkerhetskopilister og bare bytte ut ønsket i den aktive listen ved å kopiere inn.

Kjør skriptet. Sjekk om ting går bra. Deretter kan du fjerne HDMI- og USB-adaptere (med noen USB-hubber kan fjerning stoppe RPi) og plassere skjermmasken på ansiktet og snoren rundt halsen. Ta en titt i speilet og spill for å sjekke om alt fungerer bra.

Skriptet er stripet til det minimum som kreves for å lese knappene og vise bmps. Så hvis du vil vise tekst, linjer eller geometriske figurer, kan du legge til de nødvendige elementene fra eksempelskriptet 2in9d.

Bildene, som må være plassert i "pic" -mappen, er oppført i listen "BMPer", som består av 5 sublister med navn på 5 bilder hver, eller 25 bilder totalt. Det første bildet i hver sublist er knyttet til knapp A, det andre til knapp B, og så videre. Underlistene kan velges ved et langt trykk på knappene A til E, dvs. panel 1 velges ved hjelp av knapp A, panel 2 med knapp B etc. Skriptet definerer flere tråder som kjører i bakgrunnen, og ser etter hver knapp som skal trykkes, enten kort eller holdt i mer enn 2 sekunder, noe som resulterer i en endring av flaggvariabler. Sløyfen til hovedprogrammet oppdager bare om en knapp ble trykket/holdt inne leseflaggene button_was_held og button_was_pressed, og hvilke flagg (panel_flag, button_flag) har blitt hevet. Deretter setter den de tilsvarende variablene (panel eller bilde) tilsvarende. Til slutt velges bildet som tilsvarer “BMPer [panel] [bilde]” fra listen og skrives til displayet. Deretter tilbakestilles flaggene til grunnstatene "null" eller "Falsk".

Resten av manuset handler stort sett om å sette variabler, starte skjermen og litt feilhåndtering. Du kan kjøre skriptet fra IDE, eller fra konsollen ved hjelp av "python3 Button_shim_2in9_1.py". Alternativt kan det hende at skriptet kjører rett etter oppstart.

Skriptet er fortsatt under optimalisering, så sjekk for oppdateringer.

Den siste versjonen (2020-mai-10) inneholder en funksjon for å vise bildene i listen BMP, display_gallery (), og en for å vise de i collection_x-lister, display_collections (). Ikke inkludert i oppføringen nedenfor, se vedlagte fil.

Vær oppmerksom på at for å unngå "spøkelse" må du slette bilder hvis skjermen ikke brukes på flere dager.

#!/usr/bin/env python

# fra Pimoroni knapp shim script import tid import signal import knapper shim # import og start visning # fra WaveShare-paper script #-*-koding: 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') hvis os.path.exists (libdir): sys.path.append (libdir) importlogging fra waveshare_epd import epd2in9d importtid fra PIL import Image, ImageDraw, ImageFont import traceback #Sett utdataloggnivå logging.basicConfig (level = logging. DEBUG) '' '#kreves ikke her font15 = ImageFont.truetype (os.path.join (picdir,' Font.ttc '), 15) font24 = ImageFont.truetype (os.path. join (picdir, 'Font.ttc'), 24) '' '#set BMP list BMPs =

Trinn 5: En klutmaskeversjon og ytterligere applikasjonskonsepter

I den nåværende prototypeversjonen kan skjermen enten bæres over et vanlig ansiktsmerke eller festes til eksisterende masker med borrelåsstrimler eller magneter. Men du vil faktisk integrere skjermen i en maske, med noen alternativer for rask plassering og fjerning.

Det jeg gjorde så langt var å bruke en maske jeg kjøpte på en lokal skreddersybutikk ("Schneiderei Schmargendorf") laget av en ganske tykk klut, identifiserte det riktige området som skjermen skulle plasseres og deretter skjære et hull i det ytre laget av maske. For skjermkabelen ble det kuttet en spalte på innsiden i en passende posisjon. Støtteplaten ble kuttet til den minimale nødvendige størrelsen og flere små hull presset inn for å tillate sying. Deretter ble displayet festet på bakplaten ved hjelp av dobbeltsidig tape, og det ble også påført kantene for å fikse platen og skjermen på stofflaget. Deretter ble displayet plassert i masken, kabelen flyttet til spalten og kluten ble festet til bakplaten. Det kan være nyttig å styrke snittkantene før duken, for eksempel med en liten mengde superlim. I tilfelle fikser du støtteplaten ved å sy etter at du har kontrollert at alt passer godt. Koble kabelen til HAT og start Pi.

Begrensningen ved denne tilnærmingen er at du ikke må vaske masken med fast integrert skjerm. Men det vil være flere andre måter å feste skjermen på masken. Et alternativ kan være å legge til et annet, flyttbart vevslag i en maske, og holde skjermen på plass med borrelåsstrimler eller patentfester. På den måten kan den lett fjernes for maskevask eller flyttes til en annen maske.

Senere kan forbedrede versjoner integrere en dedikert skjermholder for å oppnå et mer profesjonelt utseende.

---------------------------- Selv om den opprinnelige ideen var en ansiktsmaske med display, kan et veldig likt oppsett også brukes for navneskilt, eller en skjerm integrert i klær eller håndleddsbånd.

Eller tenk på en "Who am I" -versjon med et hodebånd med integrert skjerm, som viser bilder eller vilkår som er tilfeldig plukket fra en større samling.

En ide jeg synes er ganske latterlig, men ikke ønsker å la den være nevnt, ville være en Niqab med et slikt display.

Har du flere ideer? Vennligst la meg vite!

Siden hele prosjektet fortsatt pågår, må du se etter oppdateringer fra tid til annen.

Trinn 6: Bildesamling - munn og ansikt

Her finner du en samling bilder som kan brukes på 2,9 tommers skjerm, med fokus på ansikter, vanligvis begrenset til munndelen. Blant annet inneholder den HM Queen (2x), president Obama, Ghandi, Dalai Lama, Stalin, Paul Newman, Pavarotti og katten min.

Vær oppmerksom på at ettersom jeg brukte bilder fra internett som kilde for noen av dem, kan opphavsrettsbeskyttelse fortsatt gjelde, og de kan ikke bli brukt til kommersielle formål.

Trinn 7: Samling - mønstre

Her er en rekke mønstre som kan vises, mest generert ved hjelp av GIMP.

Trinn 8: Bildesamling - Tegn, symboler og tekst

Flere eksempelbilder for 293x128 -skjermen:

Tegn og symboler, tekster.

Igjen: noen bilder eller symboler (f.eks. Bringebær, eple, instrukser) kan være opphavsrettsbeskyttet og skal ikke brukes til kommersielle formål.

Trinn 9: Alternativ oppsett: Adafruit fjær og e-papirskjerm

Jeg innså i dag (21. mai-2020) at Adafruit også tilbyr fleksible e-papir-skjermer av samme størrelse og dimensjoner (https://www.adafruit.com/product/4262, 27 US $) samt 25 cm 24 -pinners forlengelseskabler på 0,5 mm (https://www.adafruit.com/product/4230, 1,5 US $) og forlengerkontakter (https://www.adafruit.com/product/4524).

De har en e-papirdriver for sin fjærbrettfamilie (Adafruit eInk Feather Friend med 32KB SRAM, https://www.adafruit.com/product/4446, 9 US $) som følger med en SD-kortholder for å holde alle disse Bilder.

Jeg antar at dette kan tillate et mer kompakt og energieffektivt oppsett enn Raspberry Zero -versjonen beskrevet her, og ville være en perfekt løsning hvis du foretrekker å bruke en STM32F405, 32u4 eller nRF52840 plattform. Dessverre ser det ikke ut til å være trivielt å kombinere Adafruit's eInk Feather Friends og WaveShare -skjermer.

Jeg liker veldig godt å se en versjon med BLE og en app for å kontrollere hvilke bilder som skal vises.

WaveShare tilbyr et Arduino -skjermdriverskjerm og en ESP3266 -baserte skjermdrivere, hvis du foretrekker disse.