Un écran qui ne consomme (presque) rien

Un écran qui ne consomme (presque) rien

Le problème de la plupart des écrans, c'est qu'ils ont besoin d'énergie en permanence pour afficher de l'information. Il existe cependant une exception: la technologie e-paper, aussi connue sous le nom de papier électronique. Cette semaine, on vous propose de mettre à profit cette technologie pour fabriquer un écran connecté capable de fonctionner des mois sur une simple charge de batterie.



E-Paper

La technologie e-paper présente certaines caractéristiques assez remarquables:

  • Un écran e-paper reste lisible en pleine lumière: c'est particulièrement flagrant à l'extérieur, en plein soleil.
  • Un écran e-paper maintient son affichage quand il n'est pas alimenté, et ça, ça ouvre des perspectives vraiment très intéressantes.

Lisibilité en plein soleil: essayez donc de faire ça avec votre smartphone.
Lisibilité en plein soleil: essayez donc de faire ça avec votre smartphone.


Évidement, comme il n'y a rien de vraiment magique en ce bas monde, il y a un revers de la médaille.

  • Pour l'instant cette technologie est essentiellement monochrome: vous aurez au mieux quelques niveaux de gris.
  • Pas de rétro-éclairage: ces écrans sont illisibles dans le noir.
  • Le rafraîchissement est lent, au point que les animations sont difficilement envisageables.
  • Le rafraîchissement n'est pas parfait non plus: lorsqu'ils changent d'état, les pixels gardent un peu de l'état précédent, ce qui provoque l'apparition d'images fantômes. C'est pourquoi la plupart de écrans basés sur cette technologie se rafraîchissent en effectuant un cycle noir - blanc avant d'effectuer la mise à jour proprement dit.

Reste qu'il y a de nombreuse applications qui peuvent profiter des avantages de l'e-paper tout en s'accommodant des inconvénients. L'une d'entre elles est l'affichage des prix dans les rayons de magasins. Il suffit d'un écran e-paper et d'une électronique capable de se réveiller, disons une fois par jour, pour se connecter à un serveur, télécharger le prix à afficher, mettre à jour l'écran si nécessaire, et de se rendormir aussitôt. Une telle étiquette électronique est capable de fonctionner des mois, voire des années, sur une simple pile.

On vous propose cette semaine de fabriquer que chose d'un peu similaire... Une espèce de Post-It électronique contrôlable à distance et capable de fonctionner relativement longtemps sur des piles.

Un affichage Yoctopuce qui ne consomme (presque) rien

Le hardware

On a trouvé un écran e-paper de 4.3 pouces fabriqué par WaveShare. Il a une résolution de 800x600 pixels et peut se piloter en Série TTL. Il fonctionne en 5V ou 3.3V.


Coté face  Coté pile
L'écran e-paper de Waveshare


L'idée est donc de piloter cet écran à l'aide d'un Yocto-Serial, de piloter ce dernier avec un YoctoHub-Wireless-SR et d'alimenter le tout avec une petite batterie USB. Le YoctoHub-Wireless-SR est configuré pour se réveiller à intervalle régulier et se connecter par Yocto-callback à un script PHP. Ce script met à jour l'affichage et éteint le hub aussitôt après. Ce qui fait que le système reste hors tension la plupart du temps. On a ajouté un petit bouton poussoir qui permet de réveiller le système et ainsi provoquer une mise à jour manuelle. L'écran est directement alimenté en 5V par le Yocto-Serial, ce qui permet d'allumer et éteindre son électronique à loisir.

Le schéma du système
Le schéma du système


On a fait tenir le tout ensemble à l'aide de quelques plaques de verre acryliques, vis et entretoises.


  

Notre écran e-paper fait maison.


Le software

La partie software se résume à écrire un script PHP qui envoie des commandes via le Yocto-Serial. On a écrit une petite librairie PHP qui permet de contrôler l'écran de WaveShare, vous pouvez la télécharger ici avec un exemple de script qui l'utilise pour afficher un "Chuck Norris Fact" à intervalle régulier. Avec une petite batterie USB d'environ 2000mAh chargée à 100%, on a réussi à faire environ 2800 rafraîchissements de l'écran avant que la batterie ne soit complètement vide. Si on compte une moyenne de 10 rafraîchissements par jour, on peut espérer tenir un peu plus de neuf mois sur une simple charge. Et voici le résulat:

  


A propos de l'écran de WaveShare

L'écran qu'on a trouvé est assez bon marché, cependant il souffre de nombreuses limitations dont vous devez être conscient si vous ne voulez pas être trop déçu lors de son utilisation. Voici quelque-uns des problèmes que vous allez rencontrer:

  • L'écran s'efface automatiquement dès la mise sous tension, c'est un choix malheureux de la part de WaveShare, mais c'est un problème facile à contourner: puisqu'il est alimenté par un Yocto-Serial, Il suffit de ne mettre l'écran sous tension que lorsqu'on souhaite le mettre à jour. Mais du coup, on se retrouve avec deux cycles de rafraîchissement au lieu d'un.
  • Le nombre de primitives graphiques est assez limité: points, lignes, cercles, rectangles, triangles, pleins ou non, une seule épaisseur de trait. Il n'y a qu'une seule fonte disponible, et en seulement trois tailles.
  • Les images bitmap doivent être préalablement chargées sur une carte micro-SD avant d'être affichés, il n'est apparemment pas possible d'envoyer directement une image sur l'écran via le port série.
  • Ne comptez pas trop sur le support de WaveShare, on leur a posé quelques questions relativement simples il y a trois semaines, on n'a pas reçu de réponse.

Conclusion

Lorsqu'on n'a que peu d'énergie à disposition, l'e-paper est un excellent moyen d'afficher une information qui ne change pas trop souvent. On se doute que nous n'avez pas beaucoup d'étals de supermarchés à la maison et que les "Chuck Norris Facts" ne vous amusent que moyennement. En revanche, si vous avez besoin d'un système pour laisser un message à quelqu'un que vous ne pouvez pas contacter directement, c'est une solution séduisante.

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