一、起因

很早之前在社交媒体上看到过一个帖子，大概的意思是：在公司会议室门上，挂了一个电子墨水屏，可以实时显示这个会议室的日程安排。

看到之后感觉非常有趣，当时没有什么开发经验，所以只留下一点小印象。后来，慢慢熟悉了Python语言、了解了企业微信的开发文档，隐隐觉得我自己可以把这个产品模拟出来。

断断续续做了些准备工作，6、7月份开始花比较多的时间在这个上面，最近终于比较完美的解决了所有问题。

二、效果

话不多少，我们先来看看实际效果：

• 模拟那篇帖子的效果，实时显示某个会议室的日程安排。

• 显示一张黑白图片。

• 显示一段文字。

三、硬件材料及其架构

1、主控ESP32

主控使用的是ESP32，本来想使用更便宜的ESP8266，但是8266的内存实在太小，带不动4.2寸的墨水屏。所以被迫采用了ESP3，单个价格大概是30元左右。

如果使用树莓派、香橙派之类的设备，应该可以减少点业务复杂度，但是价格会更高。

2、4.2寸电子墨水屏

电子墨水屏的价格蛮高的，微雪4.2寸的电子墨水屏价格大概是130元左右。通过万能某宝，找到了单个15元左右的杂牌墨水屏。为什么这么便宜？因为这些屏是二手的，它们可能在某个超市已经默默服役了好多年。先买了两个，结果在拆屏的时候都拆坏了，最后还是直接简单用切割机把排线位置切开，保证可以把排线拉出来就可以了。

3、电子墨水屏驱动板

电子墨水屏的接口是24PIN的排线，ESP32上并没有这样的接口，所以需要一个「驱动板」桥接，一个驱动板大概5元左右。

4、3D打印外壳

以上都是一些散件，把散件连接起来看起来不像是一个产品，所以3D打印了一个外壳，把零件都放在壳子里，看起来就完美多了。

四、熟悉ESP32和MicroPython

ESP8266是一种常见且便宜的单片机，而ESP32是它的升级版，有更多的内存空间。单片机开发，一般都会使用Arduino的开发环境，但是因为我没有相关的知识储备，所以采用了MicroPython的开发环境。

MicroPython是一种简化版的Python，可以运行在单片机上。当运行在单片机上时，MicroPython既是一种开发语言，也是这个单片机的OS。

在这个过程中：

• 学习了解了如何使用Thonny软件、使用Mac命令行给单片机刷写MicroPython固件系统。
• 如何给单片机连接WIFI网络、同步时间。
• 如何让单片机开启热点模式，让其他设备连接后进行配网和文件管理。
• 如何在单片机上发起HTTP请求，获取网络上的资源，在这个过程中解决了中文编码的问题。

五、SPI协议驱动电子墨水屏

适用于单片机的显示设备不仅有电子墨水屏，更常见的其实是OLED屏、LCD屏。而单片机驱动这些屏幕的协议，常见的有SPI和I2C。因为了解到这一款电子墨水屏支持的是SPI协议，所以首先熟悉了SPI协议。

SPI协议一般来说只需要三个接口，分别是SCK接口、MOSI接口、MSIO接口。

• SCK，也叫SCL，是SPI时钟引脚。
• MOSI，也叫SDA、DIN，是SPI数据发送引脚。
• MISO，是SPI数据输入脚，一般屏幕只是输出设备，这个接口是可以不接的。

SPI分为硬件SPI和软件SPI，硬件SPI是指三个接口使用单片机上固定的PIN引脚，软件SPI是三个接口只需要普通的PIN引脚。

根据官方文档ESP32的硬件SPI的引脚分别是：SCK使用的是PIN14引脚，MOSI使用的是PIN13引脚，MISO不需要接。同时baudrate参数，从80000000调整到10000000。代码如下：

hspi = SPI(1, baudrate=10000000,sck=Pin(14), mosi=Pin(13), miso=Pin(12))

SPI只是一种驱动协议，想要真正驱动起来，还需要使用显示屏对应的驱动程序。某宝上淘的这个电子墨水屏没有任何资料，但是根据评论知道其兼容微雪的屏幕驱动。经过一番寻找之后，终于找到了Python版本的驱动。这个过程也遇到了一些坑，比如：

• 驱动程序中，BUSY = const(0)，需要改为 BUSY = const(1)，不然系统会认为BUSY一直处于繁忙状态，不做任何的驱动工作。
• 要熟悉MicroPython自带的framebuf库。这个库，会在单片上开辟一块内存缓存区，可以通过程序向这个区域写入内容，然后最后一次性同步到屏幕中。
• framebuf可以绘制点、线、矩形、圆形、英文字符等，但是不能显示中文，也不能改变英文字符的字体大小。

七、显示中文/图片

「显示中文内容」是整个项目花费时间最长的环节，经过长时间的折腾，最终理解了其中的大概原理，并且实现了效果。

4.2寸的墨水屏，其实就是宽400高300像素的像素矩阵，总共有120000的像素点，通过控制每个像素点为0或1的值，分别代表黑白两种颜色。 因为framebuf只能绘制点、线、矩形、圆形、英文，而且还不能调整英文字体大小，所以其他方案，都是需要把文字转成其他形式的像素点阵图。

1、使用取模软件生成每个字的像素矩阵

通过「PCtoLCD」软件生成3000多个常用汉字、字符的像素点阵图，制作成配置文件，需要用哪一个字时，在这个配置文件中进行检索。

这种方法，需要针对每个汉字、每个字体、每个字号，都需要生成一套配置文件，会导致这个配置文件特别大，大到ESP32都无法处理这样的配置文件。

所以，最终解决方法是，把这个配置文件放在云端，设备需要用到哪些文字，发起一个HTTP请求，从云端进行获取之后，再显示在墨水屏上。

2、将所有显示内容生成一整张图片的点阵图

将要展示的内容，通过PIL图片处理工具生成图片，再把整张图片转为像素点阵图。这种方法，生成的效果要明显好于前面一种的效果 （对比上下图，字体显示要平滑很多），但是ESP32安装的MicroPython不支持PIL库。

解决方案同样是，把PIL图片处理程序放在云端进行，ESP32只需要把需要显示的文字、位置、大小发送给云端，云端处理之后将数据同步回传给ESP32。为了减少回传数据的大小，还需要继续压缩回传的数据。这个过程大概是：

首先，将黑白图片的每个像素点，生成一个400乘300的嵌套列表，每个元素的值只有0（黑色）和1（白色）。

其次，可以把每8个值合并为一个bit，然后生成一个二进制数据嵌套列表，这个时候返回数据的大小就变为了50乘300。

第三，把这个二进制的嵌套列表，做16进制的编码，进一步降低了其长度。

最后，在ESP32通过HTTP请求获取到数据后，进行反向计算即可还原数据，并显示图片。

八、其他问题

1、函数计算

以上两种方法都利用了云端计算的能力，但是为此买服务器搭建服务也很麻烦。这个时候，我们可以使用云服务商提供的「函数计算」能力。

「函数计算」可以将Python、NodeJS等语言的脚本在线化，并提供一个HTTP的触发器。在客户端只需要发起一个HTTP的请求，就可以触发调用这段脚本，实现想要的效果。

2、3D打印外壳

测试阶段，开发版、驱动板、墨水屏都是通过杜邦线简单相连。原型走通后，就要考虑整个成品的外观问题。在这个环节，乘机购入了一台拓竹A1 mini的3D打印机，并简单学习了3D设计，给这套产品设计了一个外壳。最终成品如下：

九、总结

以上从产生想法到最终实现，断断续续持续了很长时间。有时候遇到一些没有头绪的问题，就会搁置一段时间，比如电子墨水屏的驱动问题、显示中文的问题。但是心中就一直有一个“挂念”，好在重整思绪后最终都得以解决。

最后一个问题，很多人可能会问：这个有啥有用？我只能说，好玩！