Maska za lice sa ekranom e-papira: 9 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:04

Epidemija koronavirusa donijela je u zapadni svijet novu modu: maske za lice. U vrijeme pisanja ovog članka postali su obavezni u Njemačkoj i drugim dijelovima Evrope za svakodnevnu upotrebu u javnom prijevozu, za kupovinu i razne druge prilike. Moja kćerka, babica na obuci, napravila je mnoge maske za svoju porodicu i kolege, i dala mi je ideju za ovaj projekat, ukazujući mi na sljedeće:

Iako bi maske za lice mogle biti od pomoći u ograničavanju širenja virusa, a samonapravljene maske zajednice sada dolaze u nekoliko oblika i veličina, pa čak i s osvjetljenjem, imaju zajednički problem: čine svog nositelja bez lica. Barem do određene mjere, jer će usta i nos biti prekriveni. Što neverbalnu komunikaciju otežava, a sva ova lica bez lica ne plaše samo malu djecu.

U nastavku želim opisati novo rješenje ovog problema: masku za lice s integriranim zaslonom. Smješteni otprilike na mjestu gdje bi vam usta trebala biti, mogu vam omogućiti da izrazite svoje opće stanje raspoloženja - sretno nasmijan, normalan, napet, ljut, iznerviran … - prikazivanjem ili slike odgovarajućih usta ili skice usta, nekih tekstualna poruka, simbol ili čak animacija.

Neću isključiti da bi koncept mogao imati koristi u praksi, ali barem bi ga moglo biti jako zabavno nositi na zabavama. I može vam dati priliku da nosite osmijeh svoje omiljene slavne ličnosti, vampira, orka, morskog psa, mačke, psa,….

Sljedeći opis prototipa namjerava vam omogućiti da napravite vlastitu verziju uređaja, nadamo se poboljšanu i prilagođenu vašim posebnim potrebama i željama. Kako je izgled jednostavan i uređaj se uglavnom sastoji od komercijalno dostupnih dijelova, za sastavljanje su potrebne samo ograničene tehničke vještine i oprema.

Pokažite nam svoje verzije, izglede, ideje za poboljšanja i slike za prikaz na uređaju.

Supplies

• WaveShare fleksibilan ekran od 2,9 '' e-papira sa upravljačkim programom HAT (33 € putem Amazon.de)

• Komponente sam kupio zasebno: WaveShare fleksibilan ekran od 2,9 inča e-papira (preko Ecksteina, 19 €), 296x128 piksela c/b.

  Wiki

  WaveShare eInk upravljački program za zaslon HAT (putem Amazon.de, 9 €)

• Raspberry Pi Zero, koristio sam model verzije 1.3, možete koristiti i Raspberry Pi Zero W (Pimoroni.com, 10,51 €)
• Podmetač od dugmeta Pimoroni (8,55 € na Pimoroni.rs)
• Tanka, čvrsta, ali fleksibilna plastična ploča kao podloga za ekran (koristio sam nekorišteni zaštitni list za iPhone 5)
• USB banka za napajanje i dugi mikro USB kabel, ili u kombinaciji sa RPi Zero, Pimoroni Zero LiPo podlogom, LiPo i LiPo punjačem
• Komercijalna ili izrađena maska za lice (ravni tip)

• Opcionalno: duži trakasti kabel (FFC 24 -pinski razmak 0,5 mm) bi bio od pomoći, npr. 60 cm-SAMTEC FJH-20-D-24.00-4 putem Digi-Key-a (najduži kabl u polici koji sam mogao pronaći) ili samo FIS-dijelovi od 20 cm FFC-a pomoću adaptera (kao što je učinjeno ovdje)

  Od kraja maja 2020. Adafruit nudi 25 cm 24 -polne produžne kabele i priključke za produživač: (kabel: https://www.adafruit.com/product/4230, 1,5 US $), konektor: (https:// www.adafruit.com/product/4524)

• Opciono: patentni zatvarači ili čičak trake za šivenje za pričvršćivanje na ekran na masku za lice ili omotnicu od tkanine, gumice (koristi se iz kompleta za popravku grudnjaka)
• Dvostrana traka za fiksiranje položaja ekrana u koverti (ili je možete sašiti da biste je popravili)
• Traka za vrpcu za RPi Zero

Korak 1: Tehnički izgled i koncept

WaveShare nudi fleksibilan ekran od 2,9 inča e-papira veličine 6,6 x 2,9 cm i rezolucije 296 x 128 piksela, plus Raspberry Pi HAT za pojednostavljenje kontrole ekrana sa e-mastilom. Veličina i rezolucija ekrana od 2,9 '' omogućuju prikaz usta u gotovo punoj veličini, a budući da je fleksibilan, može se postaviti preko zakrivljenih površina. Na ekran se mora priključiti mali konektor koji se zatim mora povezati s RPi HAT 24 -pinskim plosnatim kabelom.

Korištenje Raspberry Pi Zeroa kao mikrokontrolera nudi širok raspon mogućnosti za kontrolu zaslona., Za prototip sam odabrao podlošku s gumbima iz Pimoronija, jer je to jednostavno i jeftino rješenje koje se može koristiti u kombinaciji s druge HAT/pHAT -ove i mogu ponuditi dovoljno mogućnosti kontrole za većinu namjena. Optimizirano programiranje (svaka pomoć dobrodošla!) Može omogućiti smanjenje potrošnje energije sistema na minimum.

Jednostavan način generiranja potrebnih crno -bijelih slika bit će opisan u kasnijem koraku. U principu možete prikazivati filmove slične "animiranom GIF-u", ali imajte na umu da su stope osvježenja iznad sekunde/kadru, ali djelomično osvježavanje ekrana može biti od pomoći.

Ograničenje trenutnog rasporeda proizlazi iz relativno kratkog kabela koji povezuje RPi i zaslon. Kabel koji dolazi s HAT -om dugačak je 20 cm, najduži analogni kabel koji sam mogao pronaći bio je dugačak 60 cm (ali nije dostupan u svibnju 2020.). Da vam malina bude na dohvat ruke, npr. u narukvici se može spojiti nekoliko ovih kabela s konektorima između njih. za trenutak sam pribegao opciji koja nosi RPI Zero kao vezicu (pogledajte slike).

Masku zaslona možete nositi i bez RPi-a, jer zaslon e-papira zahtijeva vanjsko napajanje samo za promjenu, ali ne i za prikaz slike. Tako da možete samo izabrati "poređenje dana", spojiti RPi sa ekranom, učitati odgovarajuću sliku na ekran, a zatim odspojiti RPi.

Za dječju verziju možete koristiti fleksibilni ekran dijagonale 2,13 inča koji nudi WaveShare. Budući da ima rezoluciju 212x104 piksela, morate generirati bmp datoteke u ovoj veličini. Prilagođavanje skripte za ovaj prikaz je vrlo jednostavno.

Adafruit nudi slične fleksibilne zaslone i ploču za vozače koja odgovara njihovoj porodici ploča od perja. To bi omogućilo usvajanje ovog koncepta za upotrebu s mikrokontrolerom. Za više detalja pogledajte korak 9.

Korak 2: Generirajte crno -bijele slike

Slike koje možete prikazati možete generirati pomoću programa vektorske grafike (npr. InkScape) ili piksela (npr. GIMP), ali konačni izlaz mora biti crno-bijela bmp datoteka veličine 296 x 128 piksela.

Dakle, da bi se slika u boji prikazala na ekranu e-papira, mora se pretvoriti u crno-bijelu sliku.

Možete ili koristiti bmp slike iz zbirke (posljednji korak) ili generirati neke svoje. kako je opisano u nastavku. Možda postoje različiti načini za postizanje cilja, ali upotrijebio sam vrlo jednostavan i jasan postupak koristeći GIMP:

1. Samo nabavite datoteku slike sa dijelom usta veličine najmanje 296 piksela širine 128 piksela visine. To može zahtijevati frontalni portret visoke rezolucije.
2. Odaberite područje s omjerom širine i visine od oko 2,32 prema 1 i upotrijebite sliku - smanji za odabir*
3. Zatim pomoću Image - Scale image* smanjite na 296 piksela širine (ili 128 piksela visine).
4. Kao sljedeće, odaberite veliko područje 296 x 128 piksela i skratite sliku na odabir kao gore.
5. Budući da veličina mora biti točno 296x128 piksela, po potrebi korigirajte veličinu platna za podešavanje slike*
6. Sada pretvorite sliku u sive nijanse koristeći Image - Mode - Grayscale. Ovaj korak nije strogo neophodan, ali može biti vrlo koristan za prilagođavanja i optimizaciju (vidi korak 9).
7. Zatim pretvorite u crno -bijelu bitmapu koristeći Image - Mode - Indexed* s opcijama "1 bit" i "Floyd -Steinberg" dithering
8. Na kraju, izvozite bitmapu kao BMP u odgovarajuću mapu
9. Možete pokušati optimizirati rezultate mijenjanjem parametara kao kontrasta ili svjetline slike u sivoj skali. Boja- Komponente- Ekstrakt komponente- RGB zeleni kanal je jednostavna opcija za poboljšanje slika i poboljšanje crvenih komponenti u ustima. Vratite se na korak 7.
10. Za film sličan "animiranom GIF-u" možete pripremiti brojne uzastopne slike kao gore i imenovati i numerirati BMP-ove na logičan način. Tada ih možete prikazati jedan za drugim na ekranu.
11. Stavite datoteke u podmapu pic sa mape primjera e-papira, po potrebi ih preimenujte (npr. Image_1.bmp,…)
12. Zamijenite nazive bmp datoteka navedenih u primjeru skripte s imenima vaših datoteka.

Napomene:

• Nisam siguran da li sam dobro shvatio engleske nazive svih GIMP naredbi, jer koristim njemačku verziju.
• Za neke od primjera slika korišteni su odabiri slika preuzetih s interneta, pa se oni ne mogu koristiti u publikacijama ili u bilo koje komercijalne svrhe.

Korak 3: Elektronika i montaža

Sastavljanje elektroničkih dijelova relativno je jednostavno. Podmetač dugmeta, ako se koristi direktno pričvršćen na RPi, mora biti lemljen na RPI GPIO kako je navedeno u uputstvima proizvođača. Pošto je podmetač vrlo tanak, na GPIO se može postaviti ŠEŠIR sa pričvršćenim podmetačem. Upotrijebite što je moguće manje lemljenja i pokušajte ne kontaminirati GPIO pinove iznad područja podmetača, odlepite ih ako je potrebno. U kombinaciji s WaveShare e-Paper HAT-om možete dodati čak i Pimoroni ZeroLiPo podmetač u GPIO pored podmetača za dugmad, što bi moglo omogućiti korištenje malog LiPo-a kao izvora napajanja. Zatim postavite HAT za e-papir na GPIO pomoću zastoja koji dolaze s HAT-om.

Spojite ekran e-papira i ravni priključni kabel na adapter za e-papir, a zatim na HAT e-papira kako je opisao proizvođač (plavi proizvođači na kraju FFC kabela prema dolje). Postavite dva prekidača na HAT -u u skladu sa zahtjevima korištenog zaslona, za fleksibilni 2,9 '' zaslon na "A" i "0".

Uverite se da ste instalirali sav potreban softver i biblioteke.

Prvo možete koristiti primjere skripti koje su dali Pimoroni i WaveShare za provjeru funkcionalnosti komponenti, a zatim testirati kod specifičan za projekt (prikazan u kasnijem koraku).

S obzirom na to da hardver i softver rade, sada možete priključiti ekran i adapter za e-papir na omotnicu ekrana ili masku. Predlažem da zaslon i adapter pričvrstite na neku fleksibilnu, ali dovoljno čvrstu podlogu, upotrijebio sam tanku plastičnu foliju i dvostranu traku. Sada se pozadinski list može koristiti za pričvršćivanje ekrana na vašu masku ili na veću zaštitnu omotnicu, npr. šivanjem ili upotrebom dvostrane trake, patentnih zatvarača ili malih magneta.

Budući da je FFC kabel koji povezuje RPI i zaslon dugačak samo 20 cm, upotrijebio sam vrvicu omotanu oko HAT držača kako bih Raspberry Pi nosio blizu lica. Kao što je već spomenuto, dulji kabel ili produžetak kabela bili bi prikladni.

Za prototip sam koristio komad plastičnog tkiva u obliku džepa (20x9,5 cm), zapravo neki materijal za pakovanje koji je bio pri ruci. Zatim sam izrezao rupu za ekran i tamo popravio ploču ekrana / pozadine. Zatim sam pričvrstio četiri plastična zasuna na uglovima, pogledajte slike. Da bih cijelu stvar držao na mjestu na licu, koristio sam dvije prozirne gumice s kukama iz kompleta za popravak grudnjaka. Tako vam idu oko glave, a podešavanje dužine je vrlo jednostavno.

Korak 4: Skripta

Primjer skripte je spajanje demo skripti koje pruža WaveShare za prikaz HAT (pogledajte Github ovdje) i Pimoroni za Shutton Shim (pogledajte ovdje). Svaka pohvala ide njima, ja ću preuzeti svaku krivicu. Sve primjedbe i prijedlozi za optimizaciju su dobrodošli.

Skripta WaveShare zahtijeva instaliranje nekoliko biblioteka, kako je navedeno u dokumentaciji o GitHubu. Kao i Pimoronijeva skripta, ali ovdje postoji alat koji će umjesto vas obaviti posao.

Najbolje je upotrijebiti svježe blještavu SD karticu s Raspianom, a zatim pomoću alata dodajte alat Pimoroni

sudo apt-get install pimoroni

i upotrijebite ga za instaliranje kodova podmetanja gumba (pronađeno pod "ostalo") i ovisnosti.

Za WaveShare dio, kopirajte njihove upravljačke programe i paket primjera sa stranice GitHub i instalirajte ga i sve ovisnosti kako je tamo opisano (!). Većina ovisnosti je možda već ispunjena.

Postavite skriptu u fasciklu python examples softvera za prikaz WaveShare i kopirajte bmp datoteke u podmapu pic.

Korištenje skripte relativno je jednostavno. U slučaju da promijenite imena bmp datoteka na listama BMP-ova u one koje želite prikazati. Možete pripremiti rezervne liste i samo zamijeniti željenu na aktivnoj listi kopiranjem.

Pokrenite skriptu. Provjerite rade li stvari dobro. Zatim možete ukloniti HDMI i USB adaptere (s nekim USB čvorištima, uklanjanje može zaustaviti RPi) i staviti masku zaslona na lice i remen oko vrata. Pogledajte se u ogledalo i igrajte se kako biste provjerili radi li sve dobro.

Skripta je iscrtana na minimum potreban za čitanje dugmadi i prikaz bmp -a. Dakle, ako želite prikazati tekst, linije ili geometrijske figure, molimo vas da dodate potrebne elemente iz primjera skripte 2u9d.

Slike, koje se moraju nalaziti u mapi "pic", navedene su na listi "BMP", koja se sastoji od 5 podlistaka sa imenima po 5 slika, ili ukupno 25 slika. Prva slika na svakoj podlisti povezana je s gumbom A, druga s gumbom B itd. Podspisi se mogu birati dugim pritiskom na dugmad A do E, tj. Panel 1 se bira pomoću dugmeta A, panel 2 pomoću dugmeta B itd. Skripta definiše nekoliko niti koje rade u pozadini, pazeći da se pritisne svako dugme, bilo kratko ili zadržano duže od 2 sekunde, što rezultira promjenom varijabli zastavice. Petlja glavnog programa samo detektuje da li je dugme pritisnuto/zadrži zastavice za čitanje button_was_held i button_was_pressed, i koje su zastavice (panel_flag, button_flag) podignute. Zatim postavlja odgovarajuće varijable (panel ili sliku) u skladu s tim. Konačno, slika koja odgovara „BMP -ovima [ploča] [slika]” se bira sa liste i zapisuje na ekran. Zatim se zastavice vraćaju u osnovno stanje „nula“ili „lažno“.

Ostatak skripte uglavnom se odnosi na postavljanje varijabli, pokretanje prikaza i izvjesno rukovanje greškama. Skriptu možete pokrenuti iz IDE -a ili s konzole pomoću “python3 Button_shim_2in9_1.py”. Alternativno, skripta se može pokrenuti odmah nakon pokretanja.

Skripta se još uvijek optimizira, pa provjerite ima li ažuriranja.

Najnovija verzija (2020.-10. maj) sadrži funkciju za prikaz slika na BMP-ovima liste, display_gallery () i jednu za prikaz onih na listama collection_x, display_collections (). Nije uključeno u spisak ispod, pogledajte priloženu datoteku.

Imajte na umu da, kako biste izbjegli "duhove", izbrišite bilo koju sliku ako se zaslon ne koristi nekoliko dana.

#!/usr/bin/env python

# iz Pimoronijevog dugmeta shim skripta uvoz vremena uvoza signala za uvoz signalahim # uvoz i startni prikaz #iz WaveShare-papir skripte #-*-kodiranje: utf-8-*-uvoz 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') ako os.path.exists (libdir): sys.path.append (libdir) uvoz zapisnika iz waveshare_epd uvoz epd2in9d vrijeme uvoza iz PIL uvoza slike, ImageDraw, ImageFont uvoz povratne tragove #Postavite nivo izlaznog dnevnika logging.basicConfig (level = logging. DEBUG) '' ' #nije potrebno ovdje font15 = ImageFont.truetype (os.path.join (picdir,' Font.ttc '), 15) font24 = ImageFont.truetype (os.path. join (picdir, 'Font.ttc'), 24) '' ' #set BMP lista BMP = =

Korak 5: Verzija maske od tkanine i daljnji koncepti primjene

U trenutnoj verziji prototipa, zaslon se može nositi iznad uobičajene oznake lica ili se može pričvrstiti na postojeće maske pomoću čičak traka ili magneta. Ali zapravo biste željeli integrirati zaslon u masku, s nekom opcijom za brzo postavljanje i uklanjanje.

Ono što sam do sada učinio je da sam upotrijebio masku koju sam kupio u lokalnoj krojačkoj radnji ("Schneiderei Schmargendorf") od neke prilično debele tkanine, identificirao pravo područje na koje bi zaslon trebao biti postavljen, a zatim izrezati rupu u vanjski sloj maska. Za kabl ekrana prorezan je prorez na unutrašnjoj strani na odgovarajućem položaju. Podloga je izrezana na minimalnu potrebnu veličinu i gurnuto nekoliko malih rupa kako bi se omogućilo šivanje. Zatim je zaslon pričvršćen na podložnu ploču pomoću dvostrane trake, a također je primijenjen na rubove za pričvršćivanje ploče i prikaza na sloj tkanine. Zatim je zaslon stavljen u masku, kabel je premješten u prorez, a tkanina je pričvršćena na podlogu. Prije toga bi moglo biti korisno ojačati rezane rubove, prije nego što odete tkaninu, npr. S malom količinom super ljepila. U slučaju da popravite pozadinsku ploču šivanjem nakon što ste provjerili da li sve dobro pristaje. Spojite kabel na HAT i pokrenite Pi.

Ograničenje ovog pristupa je da masku ne možete prati sa fiksnim integriranim ekranom. No, bilo bi nekoliko drugih načina za pričvršćivanje zaslona na masku. Jedna od opcija bi mogla biti dodavanje drugog, uklonjivog sloja tkiva u masku i držanje zaslona na mjestu pomoću čičak traka ili patentnih zatvarača. Na taj način se lako može ukloniti za pranje maske ili premjestiti na drugu masku.

Kasnije, poboljšane verzije mogu integrirati namjenski držač ekrana radi postizanja profesionalnijeg izgleda.

---------------------------- Iako je originalna ideja bila maska za lice s ekranom, vrlo sličan izgled mogao bi se koristiti i za oznake s imenom ili zaslon integriran u odjeću ili narukvice.

Ili razmislite o verziji "Tko sam ja" s trakom za glavu s integriranim zaslonom, koja prikazuje slike ili pojmove nasumično odabrane iz veće zbirke.

Ideja koja mi se čini prilično smiješnom, ali ne želim je ostaviti nepomenutom, bio bi nikab s takvim prikazom.

Imate li dodatnih ideja? Obavijestite me!

Kako je cijeli projekt još uvijek u tijeku, s vremena na vrijeme tražite ažuriranja.

Korak 6: Prikupljanje slika - usta i lica

Ovdje ćete pronaći zbirku slika koje se mogu koristiti na ekranu od 2,9 inča, s fokusom na licima, obično ograničenim na dio usta. Između ostalih, sadrži Nj. KV Kraljicu (2x), predsjednika Obamu, Ghandija, Dalaj Lamu, Staljina, Paula Newmana, Pavarotija i moju mačku.

Imajte na umu da, budući da sam za neke od njih koristio slike s interneta, zaštita autorskih prava još uvijek može važiti i možda se neće koristiti u komercijalne svrhe.

Korak 7: Prikupljanje - uzorci

Evo nekoliko uzoraka koji se mogu prikazati, većina generiranih pomoću GIMP -a.

Korak 8: Prikupljanje slika - znakovi, simboli i tekst

Još primjera slika za ekran dimenzija 293x128:

Znakovi i simboli, tekstovi.

Opet: neke slike ili simboli (npr. Raspberry, Apple, Instructables) mogu biti zaštićeni autorskim pravima i neće se koristiti u komercijalne svrhe.

Korak 9: Alternativni izgled: Prikaz Adafruit perja i e-papira

Shvatio sam danas (21. maja 2020.) da Adafruit nudi i fleksibilne zaslone e-papira istih veličina i dimenzija (https://www.adafruit.com/product/4262, 27 USD), kao i 25 cm 24 -pinski produžni kabeli debljine 0,5 mm (https://www.adafruit.com/product/4230, 1,5 USD) i priključci za produživače (https://www.adafruit.com/product/4524).

Za svoju porodicu Feather ploča imaju upravljački program za e-papir (Adafruit eInk Feather Friend sa 32KB SRAM-a, https://www.adafruit.com/product/4446, 9 US $) koji dolazi s držačem SD kartice za držanje svih ovih slike.

Pretpostavljam da bi ovo moglo omogućiti kompaktniji i energetski efikasniji izgled od ovdje opisane Raspberry Zero verzije, te bi bilo savršeno rješenje ako biste radije koristili platformu STM32F405, 32u4 ili nRF52840. Nažalost, čini se da nije trivijalno kombinirati Adafruit eInk Feather Friends i WaveShare zaslone.

Zaista volim vidjeti verziju s BLE -om i aplikaciju za kontrolu prikaza slika.

WaveShare nudi Arduino štitnik upravljačkog programa ekrana i upravljačke programe zasnovan na ESP3266, ako vam se više sviđaju.