Masker Wajah Dengan Tampilan E-Paper: 9 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:54

Wabah virus corona telah membawa gaya baru ke dunia barat: masker wajah. Pada saat penulisan, mereka menjadi wajib di Jerman dan bagian lain Eropa untuk penggunaan sehari-hari di transportasi umum, untuk berbelanja dan berbagai acara lainnya. Putri saya, seorang bidan dalam pelatihan, telah membuat banyak topeng untuk keluarga dan rekan-rekannya, dan memberi saya ide untuk proyek ini, menunjukkan kepada saya sebagai berikut:

Sementara masker wajah dapat membantu untuk membatasi penyebaran virus, dan masker komunitas yang dibuat sendiri sekarang hadir dalam beberapa ukuran dan pola bentuk dan bahkan dengan penerangan, mereka memiliki masalah umum: mereka membuat pemakainya tidak berwajah. Setidaknya sampai tingkat tertentu, karena mulut dan hidung harus ditutup. Yang membuat komunikasi non-verbal menjadi sulit, dan semua wajah tanpa wajah ini tidak hanya menakuti anak kecil.

Berikut ini saya ingin menjelaskan solusi baru untuk masalah ini: masker wajah dengan tampilan terintegrasi. Terletak sekitar di mana mulut Anda seharusnya, memungkinkan Anda untuk mengekspresikan keadaan umum suasana hati Anda - senang tersenyum, normal, tegang, marah, kesal, … - dengan menampilkan gambar mulut yang sesuai atau sketsa mulut, beberapa pesan teks, simbol atau bahkan animasi.

Saya tidak akan mengesampingkan bahwa konsep tersebut dapat digunakan dalam praktik, tetapi setidaknya itu bisa sangat menyenangkan untuk dikenakan di pesta-pesta. Dan dapat memberi Anda kesempatan untuk memakai senyum selebriti favorit Anda, vampir, orc, hiu, kucing, anjing, ….

Deskripsi prototipe berikut ini dimaksudkan untuk memungkinkan Anda membuat perangkat versi Anda sendiri, semoga ditingkatkan dan sesuai dengan kebutuhan dan keinginan khusus Anda. Karena tata letaknya sederhana dan sebagian besar perangkat terdiri dari suku cadang yang tersedia secara komersial, hanya keterampilan teknis dan peralatan terbatas yang diperlukan untuk perakitan.

Tolong tunjukkan kepada kami versi, tata letak, ide untuk peningkatan, dan gambar Anda untuk ditampilkan di perangkat.

Perlengkapan

• WaveShare fleksibel 2,9 inci tampilan e-paper dengan driver HAT (€ 33 melalui Amazon.de)

• Saya membeli komponen secara terpisah:WaveShare layar e-Paper fleksibel 2,9 inci (melalui Eckstein, € 19), 296x128 piksel b/w.

  Wiki

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

• Raspberry Pi Zero, saya menggunakan model versi 1.3, Anda juga dapat menggunakan Raspberry Pi Zero W (Pimoroni.com, € 10.51)
• Pimoroni Button shim (€ 8,55 di Pimoroni.co.uk)
• Pelat plastik tipis, kaku namun fleksibel sebagai alas untuk tampilan (saya menggunakan lembar pelindung tampilan yang tidak digunakan untuk iPhone 5)
• Bank daya USB dan kabel micro USB panjang, atau dalam kombinasi dengan RPi Zero, Pimoroni Zero LiPo shim, LiPo dan pengisi daya LiPo
• Masker wajah komersial atau custom made (tipe datar)

• Opsional: kabel pita yang lebih panjang (FFC 24 pin 0,5 mm pitch) akan membantu, mis. 60 cm - SAMTEC FJH-20-D-24.00-4 melalui Digi-Key (kabel rak terpanjang yang bisa saya temukan) atau hanya rantai daisy 20 cm potongan FFC menggunakan adaptor (seperti yang dilakukan di sini)

  Pada akhir Mei 2020 Adafruit menawarkan 25 cm 24 pin kabel ekstensi dan konektor extender: (kabel: https://www.adafruit.com/product/4230, 1,5 US$), konektor: (https://www.adafruit.com/product/4524)

• Opsional: pengencang paten atau strip velcro yang dapat dijahit untuk dipasang pada layar ke masker wajah atau amplop kain, karet gelang (digunakan beberapa dari kit perbaikan bra)
• Pita perekat dua sisi untuk memperbaiki posisi tampilan di dalam amplop (atau Anda dapat menjahit untuk memperbaikinya)
• Strip lanyard untuk RPi Zero

Langkah 1: Tata Letak dan Konsep Teknis

WaveShare menawarkan layar e-paper 2,9 inci yang fleksibel dalam ukuran 6,6 x 2,9 cm dan resolusi 296 x 128 piksel, ditambah HAT Raspberry Pi untuk menyederhanakan kontrol tampilan e-ink mereka. Ukuran dan resolusi layar 2,9 inci memungkinkan untuk menampilkan mulut dalam ukuran hampir penuh dan, karena fleksibel, dapat ditempatkan di atas permukaan melengkung. Konektor kecil harus dipasang ke layar yang kemudian harus dihubungkan dengan RPi HAT dengan kabel pita datar 24 pin.

Menggunakan Raspberry Pi Zero sebagai mikrokontroler menawarkan berbagai peluang untuk mengontrol tampilan., Untuk prototipe saya memilih tombol shim dari Pimoroni, karena ini adalah solusi sederhana dan murah yang dapat digunakan dalam kombinasi dengan HAT/pHAT lain dan mungkin menawarkan opsi kontrol yang cukup untuk sebagian besar tujuan. Pemrograman yang dioptimalkan (bantuan apa pun diterima!) memungkinkan pengurangan konsumsi daya sistem seminimal mungkin.

Cara sederhana untuk menghasilkan gambar hitam putih yang diperlukan akan dijelaskan pada langkah selanjutnya. Pada prinsipnya Anda dapat menampilkan film seperti GIF

Keterbatasan tata letak saat ini dihasilkan dari kabel yang relatif pendek yang menghubungkan RPi dan layar. Kabel yang disertakan dengan HAT memiliki panjang 20 cm, kabel analog terpanjang yang dapat saya temukan adalah 60 cm (tetapi tidak tersedia pada Mei 2020). Untuk memiliki Raspberry dalam jangkauan tangan Anda, mis. di gelang tangan, seseorang dapat menggabungkan beberapa kabel ini dengan konektor di antaranya. untuk saat ini saya menggunakan opsi memakai RPI Zero sebagai lanyard (lihat gambar).

Anda dapat memakai topeng tampilan tanpa RPi, karena tampilan e-Paper memang membutuhkan daya eksternal hanya untuk mengubah tetapi tidak untuk menampilkan gambar. Jadi, Anda dapat memilih "perumpamaan hari ini", pasang RPi dengan layar, muat gambar yang sesuai ke layar, lalu putuskan sambungan RPi.

Untuk versi anak-anak, Anda dapat menggunakan layar fleksibel 2,13 inci yang ditawarkan oleh WaveShare. Karena memiliki resolusi 212x104 piksel, Anda harus membuat file bmp dalam ukuran ini. Menyesuaikan skrip untuk tampilan ini sangat sederhana.

Adafruit menawarkan tampilan fleksibel serupa dan papan driver yang pas untuk keluarga papan Feather mereka. Ini akan memungkinkan untuk mengadopsi konsep ini untuk digunakan dengan mikrokontroler. Untuk lebih jelasnya lihat Langkah 9.

Langkah 2: Hasilkan Gambar Hitam Putih

Anda dapat menghasilkan gambar yang akan ditampilkan dengan menggunakan grafik vektor (misalnya InkScape) atau grafik piksel (misalnya, GIMP), tetapi hasil akhirnya harus berupa file bmp hitam putih berukuran 296 x 128 piksel.

Jadi, agar gambar berwarna yang akan ditampilkan pada tampilan e-paper harus diubah menjadi gambar hitam putih.

Anda dapat menggunakan gambar bmp dari koleksi (langkah terakhir), atau Anda membuat sendiri. seperti yang dijelaskan berikut ini. Mungkin ada berbagai cara untuk mencapai tujuan, tetapi saya menggunakan prosedur yang sangat sederhana dan mudah menggunakan The GIMP:

1. Dapatkan saja file gambar dengan bagian mulut yang berukuran minimal 296 piksel lebar 128 piksel tinggi. Ini mungkin memerlukan potret frontal beresolusi tinggi.
2. Pilih area dengan rasio lebar dan tinggi sekitar 2,32 banding 1 dan gunakan Gambar - Kecilkan ke pilihan*
3. Kemudian, gunakan Image - Scale image* untuk mengecilkan hingga lebar 296 piksel (atau tinggi 128 piksel).
4. Selanjutnya, pilih area besar 296 x 128 piksel dan potong gambar ke pilihan seperti di atas.
5. Karena ukurannya harus tepat 296x128 piksel, gunakan Image-Adjust Canvas Size* untuk mengoreksi jika diperlukan
6. Sekarang ubah gambar menjadi skala abu-abu menggunakan Image - Mode - Grayscale. Langkah ini tidak sepenuhnya diperlukan, tetapi bisa sangat berguna untuk penyesuaian dan pengoptimalan (lihat langkah 9).
7. Kemudian ubah menjadi bitmap hitam-putih menggunakan Image - Mode - Indexed* dengan opsi "1 bit" dan "Floyd-Steinberg" dithering
8. Terakhir, ekspor bitmap sebagai BMP ke folder yang sesuai
9. Anda dapat mencoba mengoptimalkan hasil dengan memodifikasi parameter sebagai kontras atau kecerahan gambar skala abu-abu. Warna- Komponen - Ekstrak komponen-RGB saluran hijau adalah pilihan sederhana untuk meningkatkan gambar dan meningkatkan komponen merah sebagai mulut. Kembali ke langkah 7.
10. Untuk film seperti GIF

11. Tempatkan file di subfolder pic dari folder contoh e-paper, jika perlu ganti namanya (mis. image_1.bmp, …)
12. Ganti nama file bmp yang diberikan dalam skrip contoh dengan nama file Anda.

Perkataan:

• Saya tidak yakin apakah saya mendapatkan nama bahasa Inggris dari semua perintah GIMP dengan benar, karena saya menggunakan versi Jerman.
• Untuk beberapa contoh gambar pilihan gambar yang diambil dari internet digunakan, jadi ini mungkin tidak digunakan dalam publikasi atau untuk tujuan komersial apa pun.

Langkah 3: Elektronik dan Perakitan

Perakitan komponen elektronik relatif sederhana. Shim tombol, jika digunakan langsung terpasang ke RPi, harus disolder ke GPIO RPi seperti yang ditunjukkan pada instruksi pabrik. Karena shim sangat tipis, HAT dapat ditempatkan pada GPIO dengan shim terpasang. Gunakan solder sesedikit mungkin dan cobalah untuk tidak mencemari pin GPIO di atas area shim, desolder jika diperlukan. Dalam kombinasi dengan WaveShare e-Paper HAT Anda bahkan dapat menambahkan shim Pimoroni ZeroLiPo ke GPIO selain tombol shim, yang memungkinkan untuk menggunakan LiPo kecil sebagai sumber daya. Kemudian letakkan HAT e-Paper ke GPIO menggunakan stand-off yang disertakan dengan HAT.

Sambungkan layar e-paper dan kabel sambungan datar ke adaptor e-paper dan kemudian ke HAT e-paper seperti yang dijelaskan oleh pabrikan (pembuat biru di ujung bawah kabel FFC). Atur kedua sakelar pada HAT sesuai dengan kebutuhan tampilan yang digunakan, untuk tampilan fleksibel 2,9 inci ke "A" dan "0".

Pastikan Anda telah menginstal semua perangkat lunak dan pustaka yang diperlukan.

Anda dapat terlebih dahulu menggunakan contoh skrip yang diberikan oleh Pimoroni dan WaveShare untuk memeriksa fungsionalitas komponen, kemudian menguji kode khusus proyek (ditunjukkan pada langkah selanjutnya).

Mengingat perangkat keras dan perangkat lunak berfungsi, Anda sekarang dapat memasang layar dan adaptor e-Paper ke amplop layar atau topeng. Saya akan menyarankan untuk memperbaiki tampilan dan adaptor pada beberapa dukungan yang fleksibel tetapi cukup kaku, saya menggunakan lembaran plastik tipis dan selotip dua sisi. Sekarang lembar belakang dapat digunakan untuk memperbaiki tampilan ke topeng Anda atau ke amplop pelindung yang lebih besar, mis. dengan menjahit atau menggunakan selotip dua sisi, pengencang paten atau magnet kecil.

Karena kabel FFC yang menghubungkan RPI dan layar hanya sepanjang 20 cm, saya menggunakan tali lanyard yang dililitkan di sekitar penyangga HAT untuk membuat Raspberry Pi dapat dikenakan di dekat wajah. Seperti yang telah dibahas, kabel yang lebih panjang atau perpanjangan kabel akan berguna.

Untuk prototipe saya menggunakan selembar tisu plastik berbentuk kantong (20x9,5 cm), sebenarnya beberapa bahan kemasan yang sudah ada. Saya kemudian memotong lubang untuk tampilan dan memperbaiki tampilan / pelat belakang di sana. Saya kemudian memasang empat kait plastik di sudut, lihat gambar. Untuk menahan semuanya di wajah saya menggunakan dua karet gelang transparan dengan kait dari kit perbaikan bra. Jadi mereka pergi di sekitar kepala Anda dan penyesuaian panjang sangat sederhana.

Langkah 4: Skrip

Contoh skrip adalah penggabungan skrip demo yang disediakan oleh WaveShare untuk tampilan HAT (lihat Github di sini) dan oleh Pimoroni untuk Button Shim (lihat di sini). Pujian apa pun ditujukan kepada mereka, saya akan menyalahkan apa pun. Setiap komentar dan saran untuk pengoptimalan dipersilakan.

Skrip WaveShare memerlukan beberapa pustaka untuk diinstal, seperti yang ditunjukkan dalam dokumentasi di GitHub. Begitu juga skrip Pimoroni, tetapi di sini ada alat untuk melakukan pekerjaan itu untuk Anda.

Sebaiknya gunakan kartu SD yang baru di-flash dengan Raspian, lalu tambahkan alat Pimoroni menggunakan

sudo apt-get install pimoroni

dan gunakan untuk menginstal kode tombol shim (ditemukan di bawah "lainnya") dan dependensinya.

Untuk bagian WaveShare, salin driver dan paket contoh mereka dari halaman GitHub dan instal dan dependensi apa pun seperti yang dijelaskan di sana (!). Sebagian besar dependensi mungkin sudah terpenuhi.

Tempatkan skrip di folder contoh python dari perangkat lunak tampilan WaveShare dan salin file bmp ke dalam subfolder pic.

Menggunakan skrip relatif sederhana. Dalam hal ini, ubah nama file bmp dalam daftar BMP menjadi yang ingin Anda tampilkan. Anda dapat menyiapkan daftar cadangan dan hanya mengganti yang diinginkan dalam daftar aktif dengan menyalin.

Jalankan skrip. Periksa apakah semuanya berjalan dengan baik. Anda kemudian dapat melepas adaptor HDMI dan USB (dengan beberapa hub USB, melepas dapat menghentikan RPi) dan menempatkan topeng layar di wajah Anda dan tali di sekitar leher Anda. Lihatlah ke cermin dan mainkan untuk memeriksa apakah semuanya bekerja dengan baik.

Script telah digariskan ke minimum yang diperlukan untuk membaca tombol dan menampilkan bmps. Jadi, jika Anda ingin menampilkan teks, garis, atau gambar geometris, tambahkan elemen yang diperlukan dari skrip contoh 2in9d.

Gambar-gambar yang harus ditempatkan di folder "pic", tercantum dalam daftar "BMPs", yang terdiri dari 5 sublist dengan nama masing-masing 5 gambar, atau total 25 gambar. Gambar pertama di setiap subdaftar ditautkan ke tombol A, yang kedua ke tombol B, dan seterusnya. Sublist dapat dipilih dengan menekan lama tombol A hingga E, yaitu panel 1 dipilih menggunakan tombol A, panel 2 dengan tombol B dll. Script mendefinisikan beberapa utas yang berjalan di latar belakang, mengawasi setiap tombol yang akan ditekan, baik segera atau ditahan selama lebih dari 2 detik, menghasilkan perubahan variabel flag. Loop dari program utama hanya mendeteksi jika sebuah tombol ditekan/tahan membaca flag button_was_held dan button_was_pressed, dan flag mana (panel_flag, button_flag) telah dinaikkan. Kemudian mengatur variabel yang sesuai (panel atau gambar) yang sesuai. Akhirnya gambar yang sesuai dengan “BMP [panel][image]” dipilih dari daftar dan ditulis ke tampilan. Kemudian bendera diatur ulang ke status dasarnya "null" atau " False".

Sisa skrip sebagian besar tentang pengaturan variabel, inisiasi tampilan dan beberapa penanganan kesalahan. Anda dapat menjalankan skrip dari IDE, atau dari konsol menggunakan "python3 Button_shim_2in9_1.py". Atau Anda mungkin menjalankan skrip langsung setelah boot.

Script masih menjalani optimasi, jadi harap periksa pembaruan.

Versi terbaru (2020-Mei-10) berisi fungsi untuk menampilkan gambar dalam daftar BMP, display_gallery(), dan satu untuk menampilkan yang ada di daftar collection_x, display_collections(). Tidak termasuk dalam daftar di bawah ini, lihat file terlampir.

Perlu diketahui bahwa, untuk menghindari "ghosting", hapus gambar apa pun jika tampilan tidak digunakan selama beberapa hari.

#!/usr/bin/env python

# dari skrip shim tombol Pimoroni waktu impor sinyal impor tombol impor # impor dan mulai tampilan #dari skrip kertas WaveShare # -*- 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) impor logging dari waveshare_epd impor epd2in9d waktu impor dari PIL impor Gambar, ImageDraw, ImageFont impor traceback #Setel tingkat log keluaran logging.basicConfig(level=logging. DEBUG) ''' #tidak diperlukan di sini font15 = ImageFont.truetype(os.path.join(picdir, 'Font.ttc'), 15) font24 = ImageFont.truetype(os.path. join(picdir, 'Font.ttc'), 24) ''' #set daftar BMP BMP =

Langkah 5: Versi Masker Kain dan Konsep Aplikasi Lebih Lanjut

Dalam versi prototipe saat ini, tampilan dapat dikenakan di atas tanda wajah biasa atau dilekatkan pada topeng yang ada dengan strip velcro atau magnet. Tetapi Anda sebenarnya ingin mengintegrasikan tampilan dalam topeng, dengan beberapa opsi untuk penempatan dan penghapusan yang cepat.

Apa yang saya lakukan sejauh ini adalah menggunakan topeng yang saya beli di toko penjahit lokal ("Schneiderei Schmargendorf") yang terbuat dari kain yang agak tebal, mengidentifikasi area yang tepat untuk menempatkan pajangan dan kemudian membuat lubang di lapisan luar topeng. masker. Untuk kabel display, sebuah celah dipotong di sisi dalam pada posisi yang sesuai. Pelat belakang dipotong ke ukuran minimal yang dibutuhkan dan beberapa lubang kecil didorong untuk memungkinkan menjahit. Kemudian layar dipasang pada pelat belakang menggunakan selotip dua sisi, dengan juga diterapkan pada tepi untuk memperbaiki pelat dan tampilan ke lapisan kain. Kemudian layar ditempatkan di topeng, kabel dipindahkan ke celah dan kain dipasang ke pelat belakang. Mungkin akan membantu untuk memperkuat tepi yang dipotong pada kain sebelum ini, misalnya dengan sedikit lem super. Dalam hal memperbaiki pelat belakang dengan menjahit setelah Anda memeriksa bahwa semuanya cocok. Hubungkan kabel ke HAT dan mulai Pi.

Batasan dari pendekatan ini adalah Anda tidak boleh mencuci masker dengan tampilan terintegrasi tetap. Tetapi akan ada beberapa cara lain untuk menempelkan tampilan ke topeng. Salah satu opsinya adalah menambahkan lapisan jaringan lain yang dapat dilepas ke masker, dan menahan layar di tempatnya dengan strip velcro atau pengencang paten. Dengan begitu, masker bisa dilepas dengan mudah untuk dicuci atau dipindahkan ke masker lain.

Kemudian, versi yang ditingkatkan dapat mengintegrasikan dudukan layar khusus untuk mendapatkan tampilan yang lebih profesional.

----------------------------Sementara ide aslinya adalah topeng wajah dengan tampilan, tata letak yang sangat mirip juga dapat digunakan untuk tag nama, atau tampilan yang terintegrasi dengan pakaian atau gelang tangan.

Atau pikirkan tentang versi "Siapa saya" dengan ikat kepala dengan tampilan terintegrasi, menampilkan gambar atau istilah yang diambil secara acak dari koleksi yang lebih besar.

Sebuah ide yang menurut saya agak konyol, tetapi tidak ingin dibiarkan begitu saja, akan menjadi niqab dengan tampilan seperti itu.

Anda punya ide tambahan? Tolong beritahu saya!

Karena keseluruhan proyek masih berlangsung, lihat pembaruan dari waktu ke waktu.

Langkah 6: Koleksi Gambar - Mulut & Wajah

Di sini Anda menemukan kumpulan gambar yang dapat digunakan pada layar 2,9 inci, dengan fokus pada wajah, biasanya terbatas pada bagian mulut. Antara lain berisi HM Ratu (2x), Presiden Obama, Gandhi, Dalai Lama, Stalin, Paul Newman, Pavarotti, dan kucing saya.

Perlu diketahui bahwa, karena saya menggunakan gambar dari internet sebagai sumber untuk beberapa di antaranya, perlindungan hak cipta mungkin masih berlaku dan mungkin tidak digunakan untuk tujuan komersial.

Langkah 7: Koleksi - Pola

Berikut adalah sejumlah pola yang dapat ditampilkan, sebagian besar dihasilkan menggunakan GIMP.

Langkah 8: Koleksi Gambar - Tanda, Simbol dan Teks

Lebih banyak contoh gambar untuk tampilan 293x128:

Tanda dan simbol, teks.

Sekali lagi: beberapa gambar atau simbol (misalnya Raspberry, Apple, Instructables) mungkin dilindungi hak cipta dan tidak boleh digunakan untuk tujuan komersial.

Langkah 9: Tata Letak Alternatif: Adafruit Feather dan E-paper Display

Saya menyadari hari ini (21-Mei-2020) bahwa Adafruit juga menawarkan tampilan e-paper fleksibel dengan ukuran dan dimensi yang sama (https://www.adafruit.com/product/4262, 27 US$) serta 25 cm Kabel ekstensi pitch 0.5mm 24 pin (https://www.adafruit.com/product/4230, US$ 1,5) dan konektor extender (https://www.adafruit.com/product/4524).

Mereka memiliki driver e-paper untuk keluarga papan Feather mereka (Adafruit eInk Feather Friend dengan SRAM 32KB, https://www.adafruit.com/product/4446, 9 US$) yang dilengkapi dengan tempat kartu SD untuk menampung semua ini gambar-gambar.

Saya berasumsi bahwa ini memungkinkan tata letak yang lebih ringkas dan hemat energi daripada versi Raspberry Zero yang dijelaskan di sini, dan akan menjadi solusi sempurna jika Anda lebih suka menggunakan platform STM32F405, 32u4 atau nRF52840. Sayangnya, tampaknya tidak mudah untuk menggabungkan tampilan eInk Feather Friends dan WaveShare milik Adafruit.

Saya sangat suka melihat versi dengan BLE dan aplikasi untuk mengontrol gambar mana yang ditampilkan.

WaveShare menawarkan pelindung driver tampilan Arduino dan driver tampilan berbasis ESP3266, jika Anda lebih suka ini.