RECENSIONE del CrowPanel ESP32 4.2" E-paper HMI Display

Ciao a tutti, makers e appassionati di robotica! Oggi voglio parlarvi di un componente che sta catturando la mia attenzione e che potrebbe rivoluzionare i vostri prossimi progetti HMI (Human-Machine Interface): si tratta del CrowPanel ESP32 4.2” E-paper HMI Display prodotto da Elecrow

Se siete alla ricerca di un display versatile, efficiente e perfetto per applicazioni a basso consumo, continuate a leggere! Questo modulo è una vera gemma per chi lavora con l’elettronica open source.

Disclaimer: ho ricevuto questo prodotto gratuitamente in cambio di una recensione. Tutte le opinioni espresse in questa recensione sono mie e si basano sulla mia esperienza personale con il prodotto.
Il mio feedback non è stato influenzato dall’azienda o da terze parti

Indice

Le caratteristiche che fanno la differenza

Il CrowPanel ESP32 4.2” E-paper è molto più di un semplice display. Integra un potente microcontrollore e offre una serie di funzionalità che lo rendono ideale per una vasta gamma di applicazioni, dalla domotica ai dispositivi indossabili, fino ai sistemi di monitoraggio. Vediamo nel dettaglio cosa lo rende così speciale

Display E-Paper da 4.2 pollici

Il display E-Paper da 4.2 pollici, le sue dimensioni sono 107x87mm, ha una risoluzione di 400×300 pixel, questo display in bianco e nero offre un’ottima leggibilità. Utilizza l’interfaccia SPI e il driver SSD1683 per una comunicazione efficiente.
Il circuito del display è protetto posteriormente da due strati di plexiglas bianco tagliato, fissati con quattro viti.

Non è necessario aprirlo poiché tutti i connettori, come il connettore GPIO, i pulsanti di Reset e di Boot, sono accessibili anche con il plexiglas montato, e la loro funzione è indicata sull’esterno del plexiglas.

L’SSD1683 (datasheet) è un chip driver con controller integrato specificamente progettato per la gestione di display e-paper (o e-ink). Ecco un elenco delle sue funzionalità principali:

Controller Integrato;
Supporto Multi-colore (Mono/Tri-color);
Interfaccia SPI;
Gestione del Refresh;
RAM On-chip;
Generazione delle tensioni;
Controllo del Tempo/Waveform;
Gestione della temperatura.

ESP32-S3-WROOM-1-N8R8

Il cervello di questo CrowPanel è l’affidabile ESP32-S3-WROOM-1-N8R8 (datasheet), con una frequenza che può arrivare fino a 240 MHz, 8 MB di Flash e 8 MB di PSRAM. Avrete tutta la potenza e la memoria necessarie per progetti complessi e interfacce utente elaborate.
Il modulo WROOM Wi-Fi/Bluetooth LE consente tra l’altro l’aggiornamento wireless del display.

Tecnologia E-Paper: Vantaggi Unici

Vediamo i vantaggio della tecnologia E-Paper:

Riflessione Pura e Senza Retroilluminazione: Dimenticatevi la retroilluminazione. Questo display si affida completamente alla riflessione della luce ambientale, proprio come la carta stampata. Questo si traduce in una visibilità eccellente anche sotto la luce diretta del sole, grazie alla sua superficie antiriflesso con rivestimento duro.
Contenuto Persistente: Una delle caratteristiche più affascinanti dell’e-paper è che il contenuto visualizzato non scompare anche quando l’alimentazione viene spenta. L’immagine rimane impressa sullo schermo fino al prossimo aggiornamento.
Contrasto Elevato e Alta Riflettività: Questi aspetti garantiscono un’esperienza visiva chiara e vivida, rendendo il testo e le grafiche estremamente leggibili.
Angolo di Visione Completo: Il contenuto è chiaramente visibile da qualsiasi angolazione, il che è fondamentale per display che devono essere consultati in diverse posizioni.
Efficienza Energetica Superiore: Grazie al consumo energetico estremamente basso e alla funzione di aggiornamento parziale, questo display è perfetto per applicazioni alimentate a batteria, prolungandone notevolmente la durata.

Interfaccia Utente Intuitiva: Per una facile interazione, il CrowPanel include un pratico rotary switch per la selezione Down(IO4, Up(IO6), CONF(IO5) e pulsanti dedicati per Menu (IO2), Exit (IO1). Le varie funzioni possono essere modificate e gestite dal programma. Abbiamo poi due tasti di Boot e Reset.

Connettività versatile

Connettore GPIO

Il CrowPanel ESP32 4.2” E-paper, dispone di un connettore che permette l’accesso a 12 Porte GPIO del modulo ESP32-S3.
Questi possono essere utilizzati per collegare sensori, attuatori e altri moduli esterni.
Sono accessibili le Porte: IO3; IO9; IO15; IO17; IO19; IO21; IO8; IO14; IO16; IO18; IO20; IO38

Interfaccia UART: Per comunicazioni seriali.

Per la programmazione sul PCB è implementata un’interfaccia UART, per la comunicazione seriale. Il chip utilizzato è il noto Il chip CH340C (datasheet). È un convertitore USB-UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter), prodotto da Nanjing Qinheng Microelectronics. La sua funzione principale è quella di consentire la comunicazione seriale tra un computer (tramite porta USB) e dispositivi che utilizzano l’interfaccia UART, come microcontrollori (Arduino, ESP8266, ESP32, ecc.), moduli GPS, sensori e altre periferiche seriali.

Porta USB Type-C

La porte USB di cui è dotato il CrowPanel ESP32 4.2” è l’ormai comune USB Type-C che non solo permette la programmazione e l’alimentazione, ma anche per la ricarica della batteria, rendendolo ancora più comodo da usare in progetti portatili.

Slot Micro TF/SD

Il CrowPanel ESP32 4.2” E-paper è dotato di un Slot Micro TF/SD, che permette di espandere la memoria e archiviare dati o immagini per il display.
La gestione è fatta tramite un’interfaccia con Modalità SPI (Serial Peripheral Interface).
Questa è la modalità più comune e semplice per interfacciare una scheda SD con un microcontroller. Richiede solo quattro pin per la comunicazione, più i due di alimentazione.

SCK (Serial Clock): Il segnale di clock generato dal microcontroller (master) per sincronizzare il trasferimento dati;
MOSI (Master Out Slave In): Dati inviati dal microcontroller alla scheda SD;
MISO (Master In Slave Out): Dati inviati dalla scheda SD al microcontroller;
CS (Chip Select) / SS (Slave Select): Un segnale che il microcontroller usa per abilitare o disabilitare la comunicazione con la specifica scheda SD.La schede SD opera ad una tensione di 3.3V.

Tensione di funzionamento

Il display può operare con una tensione compresa tra 2.2~3.7 V, compatibile con la maggior parte delle batterie Li-Po.
Tra l’altro il CrowPanel ESP32 4.2” E-paper HMI Display dispone di un circuito per la carica della batteria, basato sul chip Il chip 4054 (spesso identificato come LTC4054, TP4054, STC4054 o altre varianti a seconda del produttore (datasheet)). È un caricabatterie lineare completo per batterie agli ioni di litio a singola cella.
È particolarmente apprezzato per la sua semplicità e il basso numero di componenti esterni richiesti.

L’alimentazione a 3.3V è poi regolata dal chip RY3420 (datasheet) che è un regolatore di tensione switching sincrono step-down ad alta efficienza. Il che significa che abbassa la tensione. Utilizza un’architettura a modalità di corrente a frequenza costante e sincrona, il che contribuisce alla sua alta efficienza.
La sua tensione di ingresso può essere compresa tra 2.5V e 5.5V , il che lo rende ideale per applicazioni alimentate da singole batterie agli ioni di litio. Può fornire una corrente di uscita continua fino a 2A.

Le due fonti di alimentazione da USB o Batteria sono selezionate in automatico da un circuito che utilizza un Il PMOS-3401-4A (spesso indicato come AO3401 o equivalente – datasheet) è un MOSFET a canale P comunemente utilizzato come interruttore di carico o per applicazioni di gestione dell’energia, inclusa la selezione della fonte di alimentazione.

Poiché lo schermo, come tutti i display E-Paper, hanno un consumo estremamente basso e si alimenta solo durante l’aggiornamento del contenuto, la batteria esterna garantirà l’autonomia del dispositivo per un tempo molto lungo.

Supporto di sviluppo

Siete liberi di scegliere l’ambiente di sviluppo che preferite! Il CrowPanel è completamente programmabile con Arduino IDE, e viene indicato compatibile con ESP-IDF (Espressif IoT Development Framework) e MicroPython, garantendo un’esperienza di sviluppo fluida e adatta a ogni esigenza.
Al momento, comunque il produttore ha fornito programmi solo in linguaggio Arduino, scaricabili dalla pagina WIKI del suo sito. Sono disponibili tre demo e nove esempi .
All’interno dei programmi disponibili è già presente la libreria EPD.h, che definisce le funzioni grafiche del display. Provando a cercare tra quelle ufficiali di Arduino non si trova nulla. Per cui credo sia stata realizzata direttamente da Elecrow per i propri display della serie CrowPanel ESP32 E-Paper.
Esaminando all’interno del file EDP_GUI , sono visibili varie funzioni supportate come : Paint_NewImage, Paint_SetPixel, Paint_Clear, EPD_DrawLine, EPD_DrawRectangle, EPD_DrawCircle, EPD_ShowChar, EPD_ShowNumber, EPD_ShowPicture e altre.
Le funzioni sono elementari, ma dovrebbero essere sufficienti per realizzare i propri programmi. Per vedere come utilizzare le varie funzioni si potrà analizzare e adattare i programmi disponibili.

Alcuni test fatti

Sotto sono riportati alcuni test effettuati per verificare sia il Display che i programmi forniti.
Il primo è stato fatto adattando l’esempio 4.2_GPIO e mostra le capacità di scrittura sul display.

Sotto lo sketch utilizzato

#include <Arduino.h>  #include "EPD.h"      // Include the e-paper display library  #include "EPD_GUI.h"  // Include the e-paper display graphical interface library    // Image buffer for the e-paper display  uint8_t Image_BW[15000];    void setup() {    Serial.begin(115200);  // Initialize serial communication      // Initialize e-paper display power    pinMode(7, OUTPUT);     // Set pin 7 to output mode    digitalWrite(7, HIGH);  // Set pin 7 to high level to turn on the display power      // Initialize the e-paper display    EPD_GPIOInit();  }    void loop() {    char buffer[80];  // Buffer to store the output string    clear_all();      // Clear the e-paper display      // Display Line 1    memset(buffer, 0, sizeof(buffer));    // Format string    snprintf(buffer, sizeof(buffer), "CrowPanel ESP32 4.2 inc. E-paper HMI Display");    // Display string    EPD_ShowString(25, 74, buffer, 16, BLACK);      // Display Line 2    memset(buffer, 0, sizeof(buffer));    // Format string    snprintf(buffer, sizeof(buffer), "TEST DI SCRITTURA SU DISPLAY E-PAPER");    // Display string    EPD_ShowString(60, 120, buffer, 16, BLACK);      // Display Line 3    memset(buffer, 0, sizeof(buffer));    // Format string    snprintf(buffer, sizeof(buffer), "By https://www.adrirobot.it/");    // Display string    EPD_ShowString(35, 200, buffer, 24, BLACK);    // Update the e-paper display content    EPD_Display_Part(0, 0, EPD_W, EPD_H, Image_BW);    // Put the display into sleep mode to save power    EPD_Sleep();    // Code in the main loop is executed once per second    delay(4000);  // Wait for 4 second  }    // Function to clear the e-paper display  void clear_all() {    EPD_Clear();  // Clear the e-paper display    // Initialize the image buffer with a white background    Paint_NewImage(Image_BW, EPD_W, EPD_H, 0, WHITE);    // Fill the entire canvas with white    EPD_Full(WHITE);    // Update the display content    EPD_Display_Part(0, 0, EPD_W, EPD_H, Image_BW);  }

#include <Arduino.h>

#include "EPD.h" // Include the e-paper display library

#include "EPD_GUI.h" // Include the e-paper display graphical interface library

// Image buffer for the e-paper display

uint8_t Image_BW[15000];

void setup() {

Serial.begin(115200); // Initialize serial communication

// Initialize e-paper display power

pinMode(7, OUTPUT); // Set pin 7 to output mode

digitalWrite(7, HIGH); // Set pin 7 to high level to turn on the display power

// Initialize the e-paper display

EPD_GPIOInit();

}

void loop() {

char buffer[80]; // Buffer to store the output string

clear_all(); // Clear the e-paper display

// Display Line 1

memset(buffer, 0, sizeof(buffer));

// Format string

snprintf(buffer, sizeof(buffer), "CrowPanel ESP32 4.2 inc. E-paper HMI Display");

// Display string

EPD_ShowString(25, 74, buffer, 16, BLACK);

// Display Line 2

memset(buffer, 0, sizeof(buffer));

// Format string

snprintf(buffer, sizeof(buffer), "TEST DI SCRITTURA SU DISPLAY E-PAPER");

// Display string

EPD_ShowString(60, 120, buffer, 16, BLACK);

// Display Line 3

memset(buffer, 0, sizeof(buffer));

// Format string

snprintf(buffer, sizeof(buffer), "By https://www.adrirobot.it/");

// Display string

EPD_ShowString(35, 200, buffer, 24, BLACK);

// Update the e-paper display content

EPD_Display_Part(0, 0, EPD_W, EPD_H, Image_BW);

// Put the display into sleep mode to save power

EPD_Sleep();

// Code in the main loop is executed once per second

delay(4000); // Wait for 4 second

}

// Function to clear the e-paper display

void clear_all() {

EPD_Clear(); // Clear the e-paper display

// Initialize the image buffer with a white background

Paint_NewImage(Image_BW, EPD_W, EPD_H, 0, WHITE);

// Fill the entire canvas with white

EPD_Full(WHITE);

// Update the display content

EPD_Display_Part(0, 0, EPD_W, EPD_H, Image_BW);

}

Il secondo è stato fatto adattando l’esempio 4.2_partial_refresh e mostra le capacità di visualizzazione di immagini. L’immagine è stata trasformata in codice utilizzando il Tool online Image2cpp

Dove trovare il CrowPanel ESP32 4.2” E-paper

Il CrowPanel ESP32 4.2” E-paper fa parte della serie CrowPanel ESP32 E-Paper e comprende altri cinque modelli, ognuno adatto a uno scopo diverso.
Il costo del display testato al momento della scrittura del post si aggira sui 28 €.

Il più piccolo, da 1,54″, misura 32 x48 mm con una risoluzione di 125 pixel . Il più grande è 5,39″, misura 47×139 mm con una risoluzione di 272×792. i chip driver sono diversi, infatti oltre al modello SSD1683 del modello testato, gli altri display utilizzano : SSD1680, SSD1680Z, UC8253
Ognuno può essere scelto per adattarsi alla applicazione.

Punti di forza

La scelta di Espressif ESP32-S3-WROOM-1 fornisce un’eccellente base software.
Aggiornamenti wireless del display, la presenza del modulo Wi-Fi e Bluetooth LE consente gli aggiornamenti da remoto, per esempio è semplice aggiornare i prezzi se i moduli sono stati utilizzati come etichette per i prodotti in vendita.
Presenza del connettore I/O, permette eventualmente di interfacciare i dispositivo, per meglio adattarlo alla propria applicazione. Immaginate un’etichetta smart per il vostro orto che mostra la temperatura e l’umidità, un pannello di controllo per la vostra stazione meteo, o un piccolo dispositivo IoT con un’interfaccia chiara e sempre leggibile. Le possibilità sono infinite!
L’ampia disponibilità di dimensioni premettono di trovare la dimensione che si adatta meglio alla propria applicazione.
Il consumo estremamente basso, la tecnologia del display E-Paper garantisce un lungo funzionamento indipendente a batteria.
Ottimo contrasto e luminosità del bianco, permette un’ottima lettura del display da varie angolazioni e condizioni di luce.

Potenziali miglioramenti

Effettuando un po’ di prove, sono emerse alcune problematiche e l’indicazione di potenziali miglioramenti, sotto riportati

Limitato supporto alla programmazione: al momento sono disponibili solo esempi per l’IDE di Arduino, nessun esempio per MicroPython
La libreria non è ben documentata : ci si deve affidare agli esempi per la sua implementazione.
Descrizione degli esempi e demo: Non esiste una descrizione dei vari esempi e demo. L’unica possibilità è analizzare il listato del codice
Documentazione Localizzata: una maggiore disponibilità di risorse in lingue diverse dall’inglese (es. italiano) potrebbe ampliare ulteriormente l’accessibilità.

Conclusione

Per il momento, anche se ci sono dei margini di miglioramento, sono entusiasta delle potenzialità del CrowPanel ESP32 4.2” E-paper HMI Display e non vedo l’ora di metterlo alla prova in qualche nuovo progetto. Primo passo sarà testare tutti i programmi per vedere meglio la loro funzione.
Tra l’altro vi consigli anche la lettura del post CrowPanel HMI ESP32 Display TFT Touch Screen capacitivo
E voi, avete già avuto esperienze con display e-paper o con l’ESP32? Fatemi sapere cosa ne pensate nei commenti qui sotto!

RECENSIONE del CrowPanel ESP32 4.2″ E-paper HMI Display