Klemmbaustein PC mit Epaper-Monitor

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Grundlage für dieses Projekt ist das Klemmbaustein-Set 85005 von Pantasy: Aus Lego-ähnlichen Bausteinen ist ein PC mit Monitor, Tastatur und Maus aus den 90er Jahren nachgebildet. Das Äußere ist weitgehend authentisch und mit viel Liebe zum Detail gestaltet, selbst die verschiedenen Anschlüsse auf der Rückseite sind nachgebaut. Das Innenleben ist etwas freier interpretiert, wobei einige Komponenten erstaunlich realistisch umgesetzt sind. Im Monitor ist aus Klemmbausteinen und einem Aufkleber ein Windows Desktop mit Minesweeper aufgebaut. Über einen Mechanismus können einige Felder des Spielfeldes aufgedeckt werden. Alternativ kann eine bedruckte Pappe in die Front des Monitors geschoben werden: Sie zeigt wahlweise einen Windows Desktop oder einen DOS-Prompt als geöffnete Windows-Anwendung.

  • Gehäuse - Die liegenden Desktop Gehäuse waren üblich, bevor es Tower gab. Im Inneren musste man aufpassen, dass man sich nicht an scharfen Kanten verletzt - das ist zum Glück bei diesem Gehäuse kein Problem

Elektronischer Monitor

Monitor aus Klemmbausteinen mit farbigem E-Paper

Ziel war es, dem Monitor ein elektronisches Leben einzuhauchen: Das Monitorbild sollte sich über WLAN verändern lassen.

Eine Idee war eine Pixelmatrix aus kleinen LEDs – die sehr grobe Auflösung hätte einem typischen Charakter aus Noppenplatten entsprochen, dies erschien jedoch etwas unpassend für die sonst naturgetreue Umsetzung von glatten Flächen.

Nächste Idee war ein selbstleuchtendes Farbdisplay (TFT). Als Herausforderung erwies sich dabei der Formfaktor: Der sichtbare Bildausschnitt (127x100mm) kommt dem damals üblichen 4:3 Format recht nahe, die meisten TFT-Displays aus dem Bastelbereich (Raspberry Pi, Arduino und Co) haben aber ein breiteres Format. Das Display kann auch nicht größer gewählt werden, da der seitliche Platz begrenzt ist. Außerhalb des Bastelbereiches erschweren Anschlüsse, notwendige Zusatzbeschaltung, Preis und fehlende Software eine Umsetzung. Eine Option wäre das 5,7 Zoll Display von EA (EA TFT057-32ANN) gewesen, wobei das Verhältnis von Aufwand (Einplatinencomputer mit RGB-Interface, Adapterplatine für Anschlüsse), Auflösung (320×240 Pixel) und Preis (~90€) ziemlich unattraktiv ist.

Überraschenderweise ergab die Recherche jedoch, dass mehrere E-Paper einen geeigneten Formfaktor haben und auch mehrfarbige Versionen zu erschwinglichen Preisen erhältlich sind. E-Paper leuchten nicht von selbst, sondern das Bild wird durch winzige Farbkügelchen erzeugt. Die Farbkügelchen können durch elektrische Felder sortiert werden und behalten ihre Position dann viele Tage lang bei. Nur während des Sortiervorgangs wird Energie benötigt. E-Paper finden sich in den meisten elektronischen Preisschildern, oftmals besitzen sie schwarze, weiße und rote Farbkügelchen. Fortgeschrittene Displays können 7 Farbwerte pro Pixel darstellen: Schwarz, Weiß, Rot, Grün, Blau, Gelb und Orange. Durch geschicktes Kombinieren benachbarter Pixel kann ein gemischter Farbeindruck erzeugt werden. Das Verfahren heißt Dithering und wurde früher häufiger in der Computergrafik eingesetzt.

Ausgangsbild
Konvertiertes Bild für E-Paper

Als Display kamen zwei Module in Frage: Ein 5,65 Zoll E-Paper mit 600×400 Pixel von Waveshare und ein 5,85 Zoll E-Paper mit 600×488 Pixel von „Soldered Electronic“. Letztgenanntes Modul enthält bereits einen WLAN-fähigen Mikrocontroller (ESP32) und füllt den sichtbaren Bereich sehr gut aus. Preislich war jedoch das Waveshare-Display etwas attraktiver, zudem lässt es Freiheit für die Ansteuer-Elektronik (z.B. Raspberry Pi oder ESP8266, ESP32, etc…)

Für das Display wurde ein passender Rahmen konstruiert und 3D-gedruckt. Der Rahmen verblendet die Lücke zwischen Anzeigebereich und Bildausschnitt, zudem bildet er eine passende Halterung. Ein ESP8266-Modul dient als Steuereinheit.

Der Monitor wurde etwas umgebaut: Im vorderen Bereich waren Halteelemente für die Pappe im Weg, das Minesweeper-Innenleben wurde entfernt, um Platz für ein USB-Kabel zu schaffen, dass nach hinten herausgeführt ist. Prinzipiell wäre das aber nicht notwendig gewesen.

Ergebnis

Der Monitor ist im WLAN über eine Internetseite erreichbar. Es kann ein beliebiges Bild hochgeladen werden, welches nach Konvertierung (Dithering) auf dem E-Paper angezeigt wird. Da die Anzeige nicht selbst leuchtet, bleibt der Modell-Charakter (Bedruckte Pappe als Monitorinhalt) erhalten und das Projekt wirkt unaufdringlich.

Die Software besteht aus einem modifizierten Arduino-Beispiel von Waveshare für das Display. Der ESP8266 kommt vom Arbeitsspeicher an seine Grenzen: Es ist nicht möglich, das komplette Bild im RAM zu halten. Wenn ein Bild angezeigt werden soll, muss dieses schrittweise geladen und auf das E-Paper übertragen werden. Das Laden braucht in etwa 10 Sekunden, die Änderung des Bildinhaltes des E-Papers dauert 35 Sekunden. Schnelle Bildwechsel sind also nicht möglich.