今天小编给大家带来的是来自纽约的电子工程师Whitney Knitter的基于Raspberry Pi Zero的魔法报纸项目。
材料清单
硬件
- Raspberry Pi Zero 无线
- Adafruit eInk Breakout Friend
- 296x128 单色电子墨水/电子纸显示屏 - UC8151D 芯片组
- 适用于 Raspberry Pi HAT 的 Adafruit SMT GPIO 接头 - 2x20 短母头接头
- M20-8771246-ND 连接器 SMD 12芯 2.54MM
软件
- Raspberry Pi Raspbian
概述
在hackster品台上闲逛时看到了乔伊·卡斯蒂略 （Joey Castillo） 的 Open Book 项目。他的PCB丝印上有白色基板和黑色文字，用于描述电路板的功能，让我产生了一个想法： 
由于最近在看《哈利·波特》，白色的底纸和黑色的文字立刻让我想起了报纸。然后我想到了eInk显示器如何旋转一系列图像，使它们看起来像是移动的，类似于霍格沃茨的魔法报纸。 
因此，我去 Adafruit 的网站上购物，我去看看有哪些 eInk 显示屏选项，以及我需要哪些组件来驱动它以放在我自己的定制哈利波特报纸 PCB 上！
零件选择
因此，我最初计划将Raspberry Pi Zero作为我定制PCB中唯一的外部板。eInk Friend 开发板的原理图可在 Adafruit 的开发板教程页面上找到，因此我最初的计划是将电路复制 + 粘贴到我自己的原理图中，然后简单地重做布局部分（我个人认为这是一种奇怪的放松活动）。 
然而，在我做这个项目的时候，SRAM芯片、稳压器和eInk显示器的连接器都有太长的交货时间，这个项目无法在这个万圣节前按时完成，所以我选择将eInk Friend板的接头焊接到我的定制PCB上。
这使得零件选择变得超级简单。我所需要的只是一个Pi Zero板、一个eInk Friend板、一个SMT接头和一个eInk显示器。我为 Pi 选择了 Adafruit 的短母 SMT GPIO 接头，并在 Digikey 上找到了单排 12 针 SMT 公接头。 
我选择的 eInk 显示屏是我在 Adafruit 上找到的最大的柔性 eInk 显示屏：2.9 英寸柔性 296x128 单色 eInk 显示屏，采用UC8151D芯片组。
KiCad 中的原理图
KiCad 是迄今为止我最喜欢的 PCB 布局软件。首先，我把 Pi 和 eInk Friend 的标题之间的连接示意图放在一起。
我还在电路板上总共添加了 10 个安装孔：4 个用于 Pi Zero，2 个用于 eInk Friend，然后 4 个用于整个 PCB 本身，这样我就可以使用更长的支架来放置它，而无需将其放在背面的 Pi 和 Friend 板上。 
我使用了库中的RaspberryPi2_3符号，因为引脚排列是与Pi Zero相同的GPIO。然后，我为其分配了 2.54mm SMT 封装。 
eInk Friend 板的接头只是一个 1x12 公头，基底面为 2.54mm： 
然后我使用了与Pi Zero相同的安装孔，即2.7mm M2.5垫安装孔。
KiCad 中的 PCB 布局
将原理图导出到PCB后，是时候进行有趣的部分了：布局。总体计划是将eInk Friend和Pi Zero板放在PCB的一侧，然后eInk在另一侧展示自己，周围是丝网印刷上的所有 “新闻纸 ”，就好像eInk是报纸的头条照片一样。这意味着所有组件的物理放置非常关键，特别是当 eInk 友的接头是确保 eInk 显示器本身的平面弯曲可以到达它时。
首先，我在 Edge Cuts 图层上绘制了电路板的周长，因为我将使用边缘的 X/Y 位置来作为其他所有内容放置的基础。
对于相对于针座的安装孔放置的测量，我在这里找到了Pi Zero安装孔的具体尺寸 ，可以在我的板上重新创建。 
eInk Friend 开发板的安装孔有点棘手，因为 Adafruit 的开发板文件位于 Eagle 中，而不是 KiCad（可在此处的 Github 中找到）。我没有安装 Eagle，而是通读了 Github 中开发板文件的原始代码，通过关键字搜索“mount”来找到我需要的东西。 
一旦安装孔位于我想要的位置，我将 RPi GPIO 和 1x12 Friend SMT 接头移动到相对于它们的适当位置。
起初，我只是打算将 eInk 显示屏放在报纸 PCB 的边缘附近，以便将其包裹起来。但我最终决定在 Edge Cuts 图层上添加一个插槽切口，以将 eInk 平面弯曲穿过，因为让 eInk 显示屏更居中地放在电路板上看起来更好。 
我在 Word 文档中输入了文章的每个简介，然后将它们复制 + 粘贴到丝网印刷层的文本框中。这更容易，因为 KiCad 中没有拼写检查，而且我不想出现任何令人尴尬的错别字......
另外，由于我将 SMT 标题放在前层，所以我将所有新闻纸的丝网印刷放在背面丝网印刷层而不是正面。 
最终的 3D 渲染没有让人失望： 
我向 Osh Park 提交了我的订单，选择了他们的 After Dark 基材/面膜选项，因为现在是万圣节，并焦急地等待着他们的到来......
焊接电路板
一旦电路板到达，我对它们的结果感到兴奋： 
我首先将公头引脚焊接到Raspberry Pi Zero W上。如果你想知道为什么我没有买一个已经焊接了接头的，Pi Zeros的预焊接接头版本都有在Pi板的顶部，但我希望它们在底部。 
然后，我将SMT针座焊接到PCB上： 
幸运的是，在我开始之前，我确实注意到了这里的操作顺序很重要。在将 eInk Friend 焊接到 PCB 之前，我需要将 1x12 SMT 针座焊接到 PCB 上，因为我无法接触到 eInk Friend 板下方 SMT 针座侧面的焊盘。 
把所有东西都焊接好后，我用支架螺丝安装了Pi Zero。但是，对于eInk Friend来说，我没有任何足够短的支架（直到我将eInk Friend板焊接到公头上，我才注意到照片中的支架太高了）。 
然后，我通过切口将 eInk 扁平柔性送入 PCB 并将其连接到 PCB 的正面：
最后，我只是用一条环形透明胶带将 eInk 显示屏固定在 PCB 的另一侧。
设置 Raspberry Pi Zero
我使用的是Raspberry Pi Zero W V1.1，我特别选择了无线型号，这样我就可以通过Wi-Fi使用安全复制命令从我的主计算机轻松上传eInk Python脚本的新图像。这样一来，除了微型 USB 电源之外，电路板就不需要其他物理连接。scp
我下载了最新版本的Raspberry Pi Imager工具，并为Raspberry Pi Zero W V1.1创建了一张新的SD卡。如果你使用的是V2.1，你不要选择Pi Zero W 1，这一点非常重要，因为Pi Zero W 64的2位操作系统在Pi Zero W V1.1上不起作用，你将永远被困在彩虹启动屏幕上。 
出现提示时，我选择编辑操作系统的设置以设置主机名、用户名/密码，并使用我的 Wi-Fi 凭据配置无线 LAN： 
对于Pi Zero W的第一次启动，我连接到显示器和键盘/鼠标，以进行初始更新和操作系统配置。
whitney@raspberrypi:~ $ sudo apt udpate
whitney@raspberrypi:~ $ sudo apt upgrade
whitney@raspberrypi:~ $ sudo raspi-config
在“接口选项”下，我启用了 SSH 和 VNC 以无线远程访问 Pi（奇怪的是，尽管我在对 SD 卡进行成像时在 Raspberry Pi Imager 工具中启用了它，但 SSH 直到我在这里启用它才起作用）。我还启用了 SPI 和 I2C，因为 eInk 显示器需要 SPI。 
退出 Raspberry Pi 配置编辑器并重新启动后，我测试了主计算机的 SSH 连接，然后断开显示器和键盘/鼠标的连接（请务必将“whitney”替换为您在 Raspberry Pi Imager 工具中指定的任何用户）。
whitneyknitter@Whitneys-MBP ~ % ssh whitney@192.168.1.231
连接到 Pi 后，我安装了与 eInk 显示屏和 eInk Friend 板通信所需的所有 Adafruit Python 驱动程序：
whitney@raspberrypi:~ $ pip3 install Adafruit-PlatformDetect
whitney@raspberrypi:~ $ pip3 install Adafruit-Blinka
whitney@raspberrypi:~ $ pip3 install adafruit-circuitpython-epd
并克隆了他们的 Circuit Python eInk Paper 显示存储库，以将他们的示例脚本作为我的主 Python 脚本的起点，以旋转正在显示的图像：
whitney@raspberrypi:~ $ git clone https://github.com/adafruit/Adafruit_CircuitPython_EPD.git
克隆后，我还将字体文件下载到脚本的主位置（即示例目录），以允许 Pillow 库在显示器上绘制的任何图像中创建文本。
whitney@raspberrypi:~ $ cd ./Adafruit_CircuitPython_EPD/examples/
whitney@raspberrypi:~/Adafruit_CircuitPython_EPD/examples $ wget https://github.com/adafruit/Adafruit_CircuitPython_framebuf/raw/main/examples/font5x8.bin
用于驱动 eInk 显示的 Python 脚本
最终，我从 示例目录中获取了脚本，并在 显示器上绘制图像的两个实例周围放置了一个循环。因此，一旦运行此脚本，它将在 eInk 显示屏上显示两个图像之间循环，直到收到 ctrl+C 键盘中断。我发现UC8151D的底层驱动程序已经内置了时间延迟，因此没有必要将它们放在我的顶级 Python 脚本中。
epd_pillow_image.pywhile True
我决定让它在 ChatGPT 标志和伏地魔的图像之间切换，因为我编造了一点关于 ChatGPT 偷偷伪装成他的小简介（请告诉我我不是唯一一个认为这很有趣的人哈哈）。
此外，由于从技术上讲，当向后弯曲到PCB的另一侧时，显示器是倒置的，因此我不得不将图像旋转为倒置。这样一来，它们就以正确的方向出现，背面有丝网印刷新闻纸。这些图像只是从谷歌图像搜索中截取的屏幕截图，并给出了.png扩展名。
由于我必须在我的主计算机上创建图像，因此我决定在我的主计算机上修改 脚本（重命名为 ）也会更容易，然后使用以下命令将它们传输到 Pi：
epd_pillow_image.pyepd_pillow_hp_newspaper.pyscp
whitneyknitter@Whitneys-MBP ~ % scp -O ./epd_pillow_hp_newspaper.py ./lordV.png ./chatGPT_logo.png whitney@192.168.1.231:/home/whitney/Adafruit_CircuitPython_EPD/examples
最终产品
最后，是时候看看这一切的实际情况了。所以我跑了剧本，屏住了呼吸！！
whitney@raspberrypi:~/Adafruit_CircuitPython_EPD/examples $ python3 ./epd_pillow_hp_newspaper.py
老实说，结果比我想象的要酷。EPD 驱动程序内置的 eInk 刷新时间有点慢，但还是太酷了！我也很高兴我真的构建了一些有效的东西！
