E-Inkを使ってみたい情報収集

E-Inkを使ったガジェットを思いついたので、人生初のE-Inkに挑戦してみることにする。
とりあえず情報を集めて、最終的にE-Inkの表示をやるボードの設計ができるまで行くのが目標。

なんか基本日本で売ってるのはWaveShareのやつっぽい。
モジュールとして売られている E-Ink ディスプレイのほとんどが Waveshare Electronics という会社のものの様です
Raspberry Pi で電子インクディスプレイを制御する
確かにせんごくネット通販の検索結果とかは全部WaveShare.
Wiki が充実していて、ArduinoやらRaspberry Piやらの例が書いてある。
Raspi向けのハットとかモジュールの形式で売られているものと、Raw DisplayとしてFPCになっているものがある。

今回は薄いガジェットを作りたいので、最終的にはRaw Displayを使いたい。
そんなわけで、以下を秋葉原の千石で買ってきた。
-
WaveShare e-Paper Driver HAT 【13512】Universal e-Paper Raw Panel Driver HAT
- プロトタイピング用のボード.
- Raspberry Piのハットとして使用したり、ジャンパ線として出したりできる
-
WaveShare 14986 212x104 2.13inch flexible E-Ink raw display panel
- Raw Display panel
- 軽く曲げられる
(一番左のやつは部屋にあった野生のArduino Nano.)

記録用: Driver HATのWiki
E-Paper Driver HAT - Waveshare Wiki
- レベル変換機能がある

displayのマニュアル

WikiのWorking With Arduinoセクションを参考に、Arduino Nanoと結線して動かしてみた。
一発で動いた!!!たのしい!!

表示は void Epd::Displayimage(const unsigned char *Image)
( at epd2in13d.cpp
) で実現している。
void setup()
{
// put your setup code here, to run once:
Serial.begin(9600);
Serial.print("e-paper Init\n");
epd.Init();
Serial.print("e-paper Clear\n");
epd.Clear(); // bit set = white, bit reset = black
/**
* there are 2 memory areas embedded in the e-paper display
* and once the display is refreshed, the memory area will be auto-toggled,
* i.e. the next action of SetFrameMemory will set the other memory area
* therefore you have to set the frame memory and refresh the display twice.
*/
Serial.print("Displayimage\n");
epd.Displayimage(gImage_IMAGE);
epd.Clear();
epd.Sleep();
}
実装を見ると、たいへんよく似た void Epd::Display(const unsigned char *Image)
というのもあるみたい。
違いは、Displayimage
の方はpgm_read_byte
を使っているが、Display
は使っていないことのみ 。
< SendData(pgm_read_byte(&Image[i + j * Width]));
---
> SendData(Image[i + j * Width]);
pgm_read_byte
というのをよく知らなかったのだけれど、 デカい静的データのフラッシュメモリからSRAMへのコピーを、データを実際に使用する時まで遅延させる際に使うらしい。
出典: ArduinoでPROGMEMを使ってみる #マイコン - Qiita
imagedata.cpp
で gImage_IMAGE[]
は const unsigned char gImage_IMAGE[] PROGMEM = {...};
のようにして定義されていて、 PROGMEM
に保存されているので、サンプルではDisplayimage
のほうを使っている模様。
SRAMの中でイメージバッファを構築して送信する場合は、Display
を使えば良さそう。

今度は独自の絵を描きたい! ということで、画像データを作るプログラムを作る。
基本的には、データシートにあるように、ピクセルをビットフラグで表してやればよい。
(出典: データシート p.14)

時代はエーアイってやつらしいので、Google AI Studioで以下のようにpromptして作ってもらった。
Let's build an app that generates monochrome image data arrays. The output will be a C++-style array of 8-bit unsigned integers, packed from the top-left to the bottom-right, with one bit per pixel.
Requirements & Features:
- Built using HTML5, CSS, and JavaScript
- Uses a <canvas> element for the drawing area
- Adjustable canvas size
- Supports various stroke types and widths
- Includes a fill tool for coloring areas
- Allows users to draw rectangles and circles with shape tools
- Only supports black drawing—no color picker needed
- Supports loading PNG/JPEG images into the canvas
- Exports the drawn image as a C++ array
結構いいのができた!すごい!!
最近は本当にソフトウェアが粘土になっていて助かる。

上のやつから、以下の点を修正した。
- 縦横のサイズのデフォルトを、
64x64
から、私が買ったディスプレイのもの212x104
に合わせる - ピクセルを配列にする順番がおかしかったので、修正
- width/heightの二重ループを逆にして、転置されるようにした
- ディスプレイ側のpixelの順番は、下の絵の通りとみられる. これはHTML5の
Imagedata
の順番とはずいぶん違うので、ややハマった (下図の右上を左上とするような向きでディスプレイを使う場合は、Imagedataと同様になる)
- 色があるところに
1
, ないところに0
かと思ったら、逆だったので修正
(出典: 2.13inch e-Paper HAT (D) Manual - Waveshare Wiki )
できたコードは Codepen で動かせる状態で公開してある。

表示テスト用に、212x104
pixelsのサイズの画像をAffinity Designerで作って、以下のような画像にエクスポートした。
そして、以下のようにLoad Image 機能で画像を読み込んで、C++のコードを生成。
Waveshareのデモの imagedata.cpp
を以下のように書き換える。
#include "imagedata.h"
#include <avr/pgmspace.h>
const unsigned char gImage_IMAGE[] PROGMEM = {
0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xfe, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xdf, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xdd, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xc0, 0x7f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0x80, 0x3f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0x80, 0x1f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xfd, 0xdf, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xfc, 0xdf, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xfe, 0x3f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xfb, 0xbf, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xfb, 0xbf, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xfb, 0xbf, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xfb, 0xbf, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xbf, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xcf, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0x80, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xe0, 0x1f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0x9f, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 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すると以下のように表示できる。