持续一年的电影——树莓派 zero与4.2寸水墨屏制作电子相框

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创作立场声明：本文中涉及的所有物件都是自费购入。发表文章是为了和大家交流，希望有机会学到一些专业知识。然而每个人的经验、立场各不相同，文中的观点与方法偏重不同，客观与否还请大家指正，期待深入探讨交流。

0 参考资料与硬件清单

0.1 参考资料

墨水屏相框：一年时间只放一部电影

微雪4.2inch e-Paper Module

GooDisplay 4.2寸电子纸资料

树莓派 Zero USB/以太网方式连接配置教程

树莓派安装ffmpeg

FFmpeg-python使用的一二之一

0.2 硬件清单

① 树莓派zero

② 4.2寸墨水屏

③ SD卡
④ microUSB数据线

1 准备工作

1.1 USB直接访问树莓派zero

① 将树莓派镜像烧录至SD卡中。

② 修改配置文件
由于我的电脑中无法显示SD卡中的分区，这里使用DiskGenius读取SD卡中的boot目录。将boot目录下的config.txt和cmdline.txt复制到电脑中。
先在config.txt 文件末尾添加一行 dtoverlay=dwc2

而后修改 cmdline.txt 文件，编辑这个文件的时候不需要插入任何换行符，所有字符都在同一行。找到 rootwait，在后面插入 modules-load=dwc2,g_ether。

而后将这两个文件通过DiskGenius复制到SD卡boot目录下，并覆盖掉原始文件。
③ 在boot目录下创建一个名为ssh的目录。

④ 打开Windows设备管理器，记住现有的串口。

⑤ 将SD安装至树莓派zero中，而后使用micro usb to USB A数据线将树莓派的OTG口连接至电脑中。

这时 Windows 会自动识别到树莓派，并尝试安装驱动。Windows 10中会把树莓派识别为串口。此时观察找到多出来的串口。

⑥ 下载RNDIS驱动。驱动下载连接

⑦ 选择设备管理器中多出来的串口，右键，更新驱动。

选择浏览文件夹
![选择驱动]!(/api/file/getImage?fileId=5ff7c2f1f91596045e000011)
选择解压出来的驱动文件

更新完毕。
⑦ 打开 PuTTY，在地址栏中输入 raspberrypi.local

打开后即可正常连接。

⑧ 设置更改用户密码

passwd #更改pi用户密码，默认为raspberrysudo passwd #更改root用户密码

⑨ 树莓派zero不支持WiFi，因此将主机网络共享给树莓派zero。
打开windows更改适配器选项

选择共享选项卡

而后选择树莓派网卡，在我电脑上是以太网4.

设置完成之后，树莓派zero就可以通过电脑连接到网络。可以通过SFTP向树莓派传输文件。

1.2 硬件连接

如果是微雪家的屏幕可以使用他们自己的驱动板，直接插到树莓派的GPIO上。如果是像我一样购买其他家的裸屏，则可以对照微雪提供的表格连接。

连接后如图所示

1.3 基本环境准备

① 使能树莓派SPI

打开树莓派终端，输入以下指令进入配置界面

sudo raspi-config选择Interfacing Options -> SPI -> Yes 开启SPI接口

完成之后，重启树莓派。

sudo reboot

② 安装基本库环境
1）安装BCM2835， 打开树莓派终端，并运行以下指令

wget http://www.airspayce.com/mikem/bcm2835/bcm2835-1.68.tar.gz

tar zxvf bcm2835-1.68.tar.gz

cd bcm2835-1.68/

sudo ./configure && sudo make && sudo make check && sudo make install

2）安装wiringPi

sudo apt-get install wiringpi

#对于树莓派2019年5月之后的系统（早于之前的可不用执行），可能需要进行升级：

wget https://project-downloads.drogon.net/wiringpi-latest.deb

sudo dpkg -i wiringpi-latest.deb

gpio -v

# 运行gpio -v会出现2.52版本，如果没有出现说明安装出错

3）安装Python函数库

#python2

sudo apt-get update

sudo apt-get install python-pip

sudo apt-get install python-pil

sudo apt-get install python-numpy

sudo pip install RPi.GPIO

sudo pip install spidev

#python3

sudo apt-get update

sudo apt-get install python3-pip

sudo apt-get install python3-pil

sudo apt-get install python3-numpy

sudo pip3 install RPi.GPIO

sudo pip3 install spidev

③ 安装ffmpeg
1）安装sdl2

sudo apt-get install libsdl2-dev

2）安装x264

#安装git

sudo apt-get install git

git clone --depth 1 https://gitee.com/xavier18/x264

#使用gitee源

# 进入文件

cd x264./configure --host=arm-unknown-linux-gnueabi --enable-static --disable-opencl

make -j4

sudo make install

3）安装ffmpeg

git clone git://source.ffmpeg.org/ffmpeg --depth=1

cd ffmpeg

./configure --arch=armel --target-os=linux --enable-gpl --enable-libx264 --enable-nonfree

make -j4

sudo make install

树莓派zero的性能真的是弱鸡，编译到天荒地老。。。编译完成后还发现有错误。

后来我发现直接使用sudo apt-get install ffmpeg就可以直接安装。网上的教程更新的太慢了。推荐使用apt-get直接安装。

4）安装ffmpeg-python
GitHub地址：https://github.com/kkroening/ffmpeg-python

git上有例子和API文档，虽然API并不详尽
 

pip install ffmpeg-python

2 软件安装与设置

2.1 下载安装驱动软件与测试例程

下面来下载并安装驱动软件和测试程序到树莓派上。

git clone https://github.com/TomWhitwell/SlowMovie/

cd SlowMovie/e-paper/RaspberryPi&JetsonNano/pythonsudo python setup.py install

如果一切正常的话，运行下面的代码示例，墨水屏会显示不同的图案。

python examples/epd_7in5_V2_test.py

上面的步骤都测试通过之后，就可以正式开始了。进入 SlowMovie 目录。
该程序使用了ffmpeg-python、PIL 库。请确保之前已经安装完成。运行 helloworld 查看效果。

python helloworld.py

2.2 修改程序配置

由于例程上使用的是微雪7.5寸墨水屏。我们需要将它的驱动改为4.2寸屏幕。修改文件为slowmovie.py。我测试使用epd_4in2_test.py可以驱动。因此将程序中的驱动替换如下。
①
替换前：

替换后：

②
替换前：

替换后：

③ 修改屏幕分辨率 ，修改为400×300

然后将slowmovie.py上传到树莓派zero中，并覆盖。

如果上面的步骤都正常工作，那么你可以通过 SFTP 传输更多视频文件到 SlowMovie/Video 目录。
运行下面的脚本查看效果。

python slowmovie.py

还有更多参数可以使用，例如

python slowmovie.py -h

将保存播放进度，以便在下次启动时继续播放。

python slowmovie.py -f 20210106.mp4 -d 150 -i 1

将播放名为20210106的mp4文件，并以每 150 秒更新一帧画面。也就是每小时播放 24 帧。

最后我们设置开机自运行。
Linux 开机执行有几种方式, 一种是设置成系统服务, 随着系统加载而启动, 另一种是修改 /etc/rc.local 脚本, 在 exit 之前加入需要执行的语句. 后者默认是以 root 用户执行, 非 root 执行可以这么写

su - yourname -c 'command'

yourname 是用户名, command 是想要执行的命令.

sudo vim /etc/rc.local

添加下面一行在exit 0之前：

su -pi -c "python /home/pi/slowmovie/slowmovie.py -f xjcy.mp4 -d 150 -i 1"

其中/home/pi/slowmovie/为脚本保存路径。可根据自己的需要换成其他路径。xjcy.mp4是电影的名称，它只能放在与slowmovie.py同级的Videos目录下。
完成之后，下次重启的时候就可以直接进入播放状态了。

3 效果展示

3.1 效果展示

我找了我最喜欢的电影《星际穿越》，然后复制到了树莓派中。显示效果如下：

我压缩出来的《星际穿越》有234,547帧，每帧持续一百五十秒，播放完毕可能需要407天（前提是中间不断电^_^）

3.2 基本硬件成本核算

序号 项目 单价

1 树莓派zero ￥66

2 32G SD卡 ￥19

3 4.2寸电子墨水屏 ￥148

4 6寸相框 ￥9

合计 ￥242

由于这次制作时使用的都是手头上闲置的硬件，硬件购买时间比较早了。现在价格不太确定，比如这款4.2寸墨水屏我现在询问卖家时，卖家说现在没货，让我节后再看看有没有。

3.3 下一步计划

① 增加电池模组，实现电量检测，低电量自动关机
② 设计PCB，优化内部走线
③ 增加WiFi模块，实现远程更新影片源（播放局域网nas中的片源）