描述

我曾收到黑客播客鼓勵(lì)我分享自己的電子報(bào)紙之旅。似乎我并不是唯一一個(gè)對(duì)它的潛力著迷的人。我在CES（消費(fèi)電子展）上看到該技術(shù)的時(shí)候，我對(duì)這項(xiàng)技術(shù)感興趣了二十多年。我記得可以與電子紙打印機(jī)/掃描儀組合重復(fù)使用的電子紙。通過(guò)保證紙張無(wú)電且可以至少重復(fù)使用1000次的紙張，將挽救許多樹(shù)木。今天，電子報(bào)紙嫁給了控制者。這是一個(gè)改進(jìn)，但是價(jià)格和尺寸都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。然而，技術(shù)進(jìn)步，并且新的RGB顯示器正在開(kāi)發(fā)中。技術(shù)已經(jīng)準(zhǔn)備好用于hackerspace嗎？

我將7.5英寸的三色電子墨水標(biāo)簽轉(zhuǎn)換為氣象站和留言板。這些單元由我的本地硬件商店使用，可以在eBay上以$ 12的價(jià)格購(gòu)買。下面我將介紹實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的漫長(zhǎng)旅程。

細(xì)節(jié)

電子墨水技術(shù)非常適合定期更新信息板，例如門消息標(biāo)牌或自定義天氣顯示。我想要一個(gè)帶有大氣壓圖但不帶一點(diǎn)2英寸顯示屏的顯示器。一個(gè)寬敞的顯示器掛在任何墻壁上，不受插座的限制。但是像7.5英寸這樣的大尺寸顯示器的價(jià)格似乎超出我的預(yù)算，尤其是因?yàn)槲蚁雽⑺鼈兎旁趲讉€(gè)房間中。我已經(jīng)購(gòu)買了一些小型顯示器，但是找不到它們的易用性。同時(shí)，每次去本地硬件商店時(shí)，我都會(huì)在每臺(tái)設(shè)備上看到一個(gè)大型的兩色電子紙顯示屏。如果我可以嘗試的話，它們似乎是一個(gè)完善的解決方案供我使用。該設(shè)備可能不會(huì)很昂貴，包括無(wú)線接口，電池和外殼，他們是否可以在每個(gè)商店中擁有數(shù)百個(gè)標(biāo)簽。因此，我為顯示器背面拍照，并做了一些研究。

目前使用的是Chroma 74，黑色和黃色，電子貨架標(biāo)簽。黃色在我的天氣顯示中非常適合曬太陽(yáng)“ 74”代表屏幕尺寸，為7.4英寸，其尺寸幾乎與亞馬遜上出售的Waveshare 7.5英寸電子墨水相同。它還具有相同的640x384顯示分辨率。我可能不是第一個(gè)想到這個(gè)主意的人，但是我在網(wǎng)上找不到很多東西。該顯示器僅出售給零售商，并具有專有的無(wú)線接口。我可以通過(guò)內(nèi)部圖片找到FCC認(rèn)證。顯示電纜和電子設(shè)備與典型的Waveshare E-Ink連接器和電路相匹配，并在亞馬遜上作為模塊出售，此外還配有微控制器和電池。這些顯示器確實(shí)具有良好的文檔和Arduino庫(kù)。受這一發(fā)現(xiàn)的鼓舞，我轉(zhuǎn)向eBay看看是否可以買到一些東西。有一些賣家的全新單元有閑置，價(jià)格約為12美元（加上幾美元的運(yùn)費(fèi)）。所以我購(gòu)買了一些。

Chroma74個(gè)設(shè)備很快問(wèn)世，看上去非常完美。我希望我能夠獲得顯示部件號(hào)并下載數(shù)據(jù)表。然后，我將通過(guò)電子墨水帽連接到ESP32，但事情往往比最初看起來(lái)更具挑戰(zhàn)性。我在顯示電纜上找到了顯示部件號(hào)（WFD0750BF19）。這是無(wú)錫視覺(jué)峰技術(shù)有限公司的7.5彩色顯示器，但我找不到已發(fā)布的數(shù)據(jù)表。其他較小模塊的數(shù)據(jù)表也可用，因此我有一些嘗試。最令人驚訝的是，顯示器連接器貼在控制器板上，與FCC圖片不同。他們粘合連接器也就不足為奇了。它不僅便宜，而且不易振動(dòng)。此外，電纜的引出線反向（或上下顛倒的連接）。該單元包含一個(gè)具有四個(gè)部分的PCB板，以及一組六個(gè)并聯(lián)的2450電池。根據(jù)設(shè)備手冊(cè)，他們將為顯示器供電5年-討論效率。

為了查看是否有簡(jiǎn)單的路徑，我決定將顯示器連接到帶有7.5英寸顯示器的通用電子紙Arduino草圖的電子墨水帽。連接器被大量熱量和病人解開(kāi)。錯(cuò)誤的動(dòng)作會(huì)損壞電纜。多余的環(huán)氧樹(shù)脂用酒精清洗。顯示器的扁平電纜太錫了，我用膠水粘了一些薄的塑料以匹配常規(guī)連接器的厚度，以確保良好的連接。Waveshare E-Ink顯示屏的HAT擴(kuò)展插座可進(jìn)行頂部或底部連接；前進(jìn)兩步，后退一步。膠水連接器具有額外的寬度，可在兩側(cè)提供膠水表面。側(cè)面需要修整以適合插槽，但是幾乎沒(méi)有錯(cuò)誤的余地。連接器的間距為0.5mm。進(jìn)行完所有手術(shù)后，我連接了通用電子紙HAT和控制器。毫無(wú)意外，顯示器工作正常。我確認(rèn)忙信號(hào)正在響應(yīng)某些命令，因此可以確定已與顯示控制器通信。顯示屏似乎正在使用IL0371或IL0373控制器。不幸的是，我聽(tīng)到了顯示電路發(fā)出的嗡嗡聲。當(dāng)我插入小型電子紙顯示器時(shí)，一切正常，因此控制仍然很好。而且我沒(méi)有聽(tīng)到小顯示屏嗡嗡作響的聲音。向后退一步。在這一點(diǎn)上，我需要關(guān)閉這個(gè)項(xiàng)目幾天。而且我沒(méi)有聽(tīng)到小顯示屏嗡嗡作響的聲音。向后退一步。在這一點(diǎn)上，我需要關(guān)閉這個(gè)項(xiàng)目幾天。而且我沒(méi)有聽(tīng)到小顯示屏嗡嗡作響的聲音。向后退一步。在這一點(diǎn)上，我需要關(guān)閉這個(gè)項(xiàng)目幾天。

我能聽(tīng)到嗡嗡聲的事實(shí)使我比較了電子墨水Waveshare HAT和Chorma74電子紙控制器上的電路組件。另外，我從IL037x電子紙控制器數(shù)據(jù)表中獲得了設(shè)計(jì)參考。許多電子紙電路非常相似，幾乎就像幾個(gè)制造商使用一種設(shè)計(jì)（或者也許只有一個(gè)制造商）。經(jīng)過(guò)一個(gè)小時(shí)的檢查，似乎組件的值非常接近，電路應(yīng)該可以工作。我回到最初的想法來(lái)觸發(fā)啟動(dòng)畫(huà)面或測(cè)試屏幕。如果我短路外部閃光燈，則可能是電池電量不足或發(fā)生錯(cuò)誤，將強(qiáng)制顯示一條消息。我研究了處理器數(shù)據(jù)表，以查看是否可以使用其中一個(gè)測(cè)試點(diǎn)。我找到了連接到內(nèi)部串行外設(shè)并連接示波器的引腳。

我回到了電子墨水HAT策略。我嘗試了其他電子紙模塊使用的所有不同的啟動(dòng)順序。什么都沒(méi)用，但是顯示屏的一側(cè)越來(lái)越暗。我炸了顯示器嗎？我回到了控制器數(shù)據(jù)表。有些比其他細(xì)節(jié)更多。我下載了所有可用的文檔并進(jìn)行了研究。其中一種顯示類型使顯示器的角部翻轉(zhuǎn)為白色和黑色。它是一個(gè)在可見(jiàn)范圍之外的角落，但是它提示我編寫一個(gè)簡(jiǎn)單的更新配置文件，而不是使用內(nèi)部更新序列。答對(duì)了！我的屏幕有點(diǎn)閃爍。我需要一個(gè)適當(dāng)?shù)呐渲梦募?lái)驅(qū)動(dòng)更新序列。再次在網(wǎng)絡(luò)上沒(méi)有太多幫助。Chroma 74具有一個(gè)外部串行閃存。我轉(zhuǎn)儲(chǔ)了串行閃存的內(nèi)容并對(duì)其進(jìn)行了爬網(wǎng)，以查看是否可以找到顯示工廠配置文件代碼。該配置文件具有一種模式，如果將其寫為表，我應(yīng)該能夠識(shí)別它。在這里不容易找到。在這一點(diǎn)上，我一步一步地瀏覽了所有可能的選項(xiàng)，并緩慢地向前爬。

幾個(gè)晚上后，我能夠正確驅(qū)動(dòng)像素并顯示圖像。我可以用3種背面陰影和4種黃色陰影繪制圖像。幾乎是黃色的，我再也無(wú)法獲得比商店中的設(shè)備還要深的黃色了。吸引帶電粒子時(shí)有一條細(xì)線。如果用力過(guò)大，相鄰像素也會(huì)開(kāi)始移動(dòng)。如果您沒(méi)有等待足夠長(zhǎng)的時(shí)間，您將無(wú)法獲得良好的對(duì)比度。我想確保黑色細(xì)線清晰。我經(jīng)歷了一個(gè)單一的配置文件在所有情況和環(huán)境下都能工作的艱辛。但是我的目標(biāo)是將氣象站安裝在墻上。

您可以在網(wǎng)上找到許多有關(guān)電子紙技術(shù)如何工作的描述。（請(qǐng)參閱：e-ink-elektra-3-color-display）。原理很簡(jiǎn)單；您可以通過(guò)在顯示器的正面和背面之間施加電壓，將帶靜電粒子推向正面或背面。顯示器具有以行和列排列的透明金屬電極。在3色顯示器的情況下，顏色粒子具有中性極性（并且可能會(huì)更大）。這些粒子在介質(zhì)中的移動(dòng)速度較慢，您需要將它們與其他帶電粒子一起推動(dòng)。我很難理解內(nèi)部音序器（即LUT（查找表）），電極的操作方式以及更新頻率的工作方式。

電子紙控制器是通用的，可以與任何類型的顯示表面一起使用。控制器需要知道如何驅(qū)動(dòng)行和列以提供清晰的圖像。有很多變量，例如流體動(dòng)力學(xué)和電極容量。順序不如所有黑色前進(jìn)那么直截了當(dāng)，而是全部白色后退。顯示器具有較大的滯后現(xiàn)象，您需要前后移動(dòng)粒子幾次以獲得清晰的對(duì)比度。通過(guò)處理序列/配置文件，我意識(shí)到每個(gè)像素都由四位表示，但僅使用了三位。將圖像下載到控制器內(nèi)存后，要求控制器刷新屏幕。

控制器基于LUT運(yùn)行完整的序列/配置文件。每個(gè)八像素值都有一個(gè)LUT序列，還有一個(gè)用于運(yùn)行普通印版的LUT序列。通用LUT表提供有關(guān)如何驅(qū)動(dòng)板行一側(cè)的信息，而另一側(cè)列則由基于LUT表的特定像素值驅(qū)動(dòng)。LUT表指定板是否應(yīng)通電以及應(yīng)朝哪個(gè)方向（正，中性或負(fù)電壓）通電。該控制器的LUT表在多個(gè)段中具有200多個(gè)插槽，可以重復(fù)。這些細(xì)分市場(chǎng)具有眾多的潛水和持續(xù)時(shí)間選擇。

自定義配置文件提供了很大的靈活性來(lái)執(zhí)行有趣的效果。例如，假設(shè)您有四個(gè)像素，其值分別為0、1、2和3。您可以編寫一個(gè)配置文件來(lái)激發(fā)0值像素，以向后推（排斥）黑色粒子。值1向前推動(dòng)（吸引）黑色粒子；2將黑色向前推，然后向后推一小段時(shí)間，對(duì)于值為3的像素，將其推向中立。我們將以白色像素，黑色像素，灰色像素結(jié)束，然后是不變像素。因此，我們只能更新顯示的一部分。這是一個(gè)過(guò)于簡(jiǎn)化的配置文件。

許多顯示器的LUT表已經(jīng)預(yù)先編程（OTP）。該配置文件旨在在不同的溫度，濕度和顯示器的使用壽命內(nèi)工作。我無(wú)法在此顯示器上激活內(nèi)部LUT，但是我創(chuàng)建了兩個(gè)配置文件：一個(gè)用于快速更新白色和黑色，另一個(gè)用于顯示灰度和彩色的時(shí)間更長(zhǎng)。我需要太陽(yáng)變黃嗎？我是否需要很長(zhǎng)的刷新時(shí)間才能清除上一張圖像的相似之處？這是非常有教育性和痛苦的練習(xí)。

在之前的幾周中，我將安裝程序連接好并在工作臺(tái)上通電。我每周晚上只有幾個(gè)小時(shí)分配給這個(gè)項(xiàng)目。但是現(xiàn)在，有了新的希望，并且顯示屏運(yùn)行良好，我拔下了USB電纜。下一步是計(jì)算電源預(yù)算，以便它可以依靠電池運(yùn)行。重新啟動(dòng)設(shè)備后，屏幕無(wú)法正常工作。向后退了一步。好像我回到了第一廣場(chǎng)！我工作了幾個(gè)小時(shí)，但無(wú)法使顯示器正常工作。我走了幾天。我太沮喪了。看來(lái)我通過(guò)遍歷不同顯示器的序列將設(shè)備置于“工作”模式。在這一點(diǎn)上，我做了一百個(gè)排列。我想回到筆記中來(lái)重新創(chuàng)建“工作中的”設(shè)置。分開(kāi)并同意。看來(lái)我必須使用兩個(gè)不同的配置文件運(yùn)行兩次初始化。沒(méi)有實(shí)際的顯示數(shù)據(jù)表和規(guī)格時(shí)序，這些只是我的猜測(cè)，但是每次上電后它都能可靠地工作。

具有顯示圖像的功能，下一步是嘗試天氣草圖，看看我可以在一組AA上運(yùn)行多長(zhǎng)時(shí)間。非常感謝David Bird提供的Arduino ESP32-e-Paper-Weather-Display庫(kù)（“ https://github.com/G6EJD/ESP32-e-Paper-Weather-Display”），這項(xiàng)令人印象深刻的工作。我更新了GxEPD2 Arduino庫(kù)，以驅(qū)動(dòng)Chroma 74顯示并成功運(yùn)行7.5英寸的天氣草圖。不幸的是，盡我所有的努力以降低ESP32的功耗，我只能在兩個(gè)AA上運(yùn)行一個(gè)月，每30分鐘更新一次。

我發(fā)現(xiàn)其他人都在為ESP32的睡眠功耗而苦苦掙扎。該單元消耗的電流比數(shù)據(jù)表中的值高得多。我還記得有一篇關(guān)于“一日駭客”的文章，其中有人將ATTiny用作ESP的電源控制。我有一些ATTiny85，現(xiàn)在我遵循了建議。目標(biāo)是保持盡可能長(zhǎng)的不活動(dòng)狀態(tài)，并最小化活動(dòng)狀態(tài)，尤其是WiFi時(shí)段。Web上有許多關(guān)于ESP節(jié)能的文章，但不幸的是，ESP在睡眠模式下將所有引腳設(shè)為三態(tài)，因此我需要等待一段時(shí)間才能使顯示屏完成屏幕更新。最小化WiFi連接的一個(gè)有趣建議是使用靜態(tài)IP來(lái)加快連接時(shí)間。為了縮短控制器的活動(dòng)時(shí)間，我決定在刷新屏幕的請(qǐng)求后將ESP置于完全睡眠狀態(tài)，而不是等待屏幕完成更新。這將激活時(shí)間縮短到2秒。ATTiny等待預(yù)定時(shí)間，直到顯示器完成更新并完全切斷顯示器和ESP處理器的電源。我在ATTiny和ESP之間添加了雙向串行通信。在ESP進(jìn)入睡眠狀態(tài)之前，它會(huì)告訴ATTiny何時(shí)再次提供電源。ATTiny內(nèi)部計(jì)時(shí)不是很精確，但是不需要在30分鐘內(nèi)精確喚醒。現(xiàn)在，該裝置應(yīng)在3個(gè)AA或1個(gè)可充電18650上運(yùn)行六個(gè)月。時(shí)間將會(huì)顯示。我在ATTiny和ESP之間添加了雙向串行通信。在ESP進(jìn)入睡眠狀態(tài)之前，它會(huì)告訴ATTiny何時(shí)再次提供電源。ATTiny內(nèi)部計(jì)時(shí)不是很精確，但是不需要在30分鐘內(nèi)精確喚醒。現(xiàn)在，該裝置應(yīng)在3個(gè)AA或1個(gè)可充電18650上運(yùn)行六個(gè)月。時(shí)間將會(huì)顯示。我在ATTiny和ESP之間添加了雙向串行通信。在ESP進(jìn)入睡眠狀態(tài)之前，它會(huì)告訴ATTiny何時(shí)再次提供電源。ATTiny內(nèi)部計(jì)時(shí)不是很精確，但是不需要在30分鐘內(nèi)精確喚醒。現(xiàn)在，該裝置應(yīng)在3個(gè)AA或1個(gè)可充電18650上運(yùn)行六個(gè)月。時(shí)間將會(huì)顯示。

當(dāng)前所有的工作都是使用外部E-Ink HAT在工作臺(tái)上進(jìn)行的概念驗(yàn)證。下一步是制造圍墻并取得勝利。在準(zhǔn)備第二臺(tái)顯示器之前，我決定將顯示器與原始控制板上的驅(qū)動(dòng)程序一起使用。電子墨水顯示屏HAT的價(jià)格為15美元。這比我為顯示器所付的一切額外費(fèi)用還多！另外，為什么在去除環(huán)氧樹(shù)脂的同時(shí)還要冒著損壞連接器的風(fēng)險(xiǎn)？重用板上的驅(qū)動(dòng)程序有多困難？該控制板包括四個(gè)部分：帶RF部分的TI處理器CC1110，外部MXIC 25V8006E-8M閃存芯片，電子紙驅(qū)動(dòng)器（與Waveshare的E-Ink HAT幾乎相同）以及用于顯示器。

從一開(kāi)始，我就決定不參與CC1110。我自己的一系列冒險(xiǎn)似乎又使我分心。我選擇從ESP32控制器焊接六根控制線和兩根電源線（另外一根用于控制顯示電源）。再說(shuō)一次，絕非易事；這些痕跡沒(méi)有測(cè)試點(diǎn)！但是有六個(gè)處理器編程測(cè)試板；如果我能橋接一些處理器引腳的話。因此，我盲目地跳了一下，以追蹤到處理器和測(cè)試板的信號(hào)線。然后，我可以使用CNC路由器將自己做成一個(gè)很小的PCB橋接板。然后，我將其銅面朝下放置，并使用熱風(fēng)鉛筆焊接。所以我做了; 一個(gè)小時(shí)后，我的木板很小。太糟糕了，我沒(méi)有在開(kāi)發(fā)板之前就對(duì)處理器進(jìn)行過(guò)拆焊。處理器的下面有焊料接地墊。我應(yīng)該知道，但是我對(duì)我的好主意視而不見(jiàn)。

由于該板對(duì)焊線的測(cè)試點(diǎn)不合理，因此我直接焊接至VQFN36工藝腳印墊。使用32AWG實(shí)心電線是可能的，但要用力穩(wěn)定地操作。通過(guò)練習(xí)，我能夠在10分鐘內(nèi)完成所有連接。我使用了三個(gè)編程板來(lái)保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的2.54標(biāo)頭。

下面是帶有電池電壓監(jiān)控和手動(dòng)更新按鈕的最終圖表。ATTiny在上電時(shí)將電池電壓，上電計(jì)數(shù)和按鈕狀態(tài)發(fā)送給ESP。該按鈕可以觸發(fā)天氣更新，空中代碼升級(jí)或配置模式。我決定暫時(shí)使用ESP32-CAM模塊，因?yàn)樗鼈儽菶SP32裸模塊便宜。如果我決定制造更多這些單元，則可以使用帶有自定義PCB的ESP32S模塊。

面對(duì)所有挑戰(zhàn)，我對(duì)氣象站進(jìn)行了接線和編程。我對(duì)天氣草圖進(jìn)行了一些小修改，然后將更新配置文件更改回黑白，以最大程度地提高更新速度。我的全彩色個(gè)人資料最多可能需要20秒。將來(lái)，當(dāng)我決定顯示天氣地圖時(shí)，我將嘗試對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。黑白配置文件的時(shí)長(zhǎng)為8秒。我設(shè)計(jì)了3D打印后殼，以容納兩節(jié)AA電池，但我重新使用了前擋板。都好？終于，幾個(gè)月后，我可以贏得勝利，并自豪地在廚房的墻上發(fā)光。不，顯然不是，外殼令人不悅，我被要求更新外觀。一些冒險(xiǎn)永無(wú)止境。因此，我購(gòu)買了木質(zhì)貼面，并制作了定制的木質(zhì)外殼。最終，我被允許將其掛起。歡呼！

我打算為其他設(shè)備找到更多用途，例如每日警報(bào)留言板或門上的“ DND正在開(kāi)會(huì)”顯示屏。我希望這些信息能激發(fā)人們更多興趣來(lái)探索這種電子貨架單元。我提供了足夠的信息來(lái)增強(qiáng)對(duì)他人的信心，以投入他們的時(shí)間。僅售12美元，對(duì)于具有顯示驅(qū)動(dòng)器，RF控制器和外殼的設(shè)備來(lái)說(shuō)，這是一筆令人難以置信的交易。我希望有人將它推向前進(jìn)并使用uint中的TI處理器。我希望有人可以將我指向展示手冊(cè)，以創(chuàng)建一個(gè)好的個(gè)人資料并建立一個(gè)公共圖書(shū)館。另外，我相信在未來(lái)幾年中，很多電子貨架標(biāo)簽將在商店中過(guò)期。商店將采用新技術(shù)，并將報(bào)廢所有這些設(shè)備，而不是更換電池。
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