Schwarz auf Weiß

Auch als Buch mit dem Titel '10 Selbstbauprojekte', ISBN-Nr. 978-3-7448-3433-9 und als e-book mit der ISBN-Nr. 9783744806299 erschienen.

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Sonntag, 2. September 2018

Lesegerät mit Raspberry


Inhaltsverzeichnis

Motivation
Bedienung
Aufbau
Hardware
Software
Technische Daten
Entwicklungsumgebung
Downloads


Motivation
Dieses Konzept eines Lesegerätes soll Sehbehinderten helfen, ohne größere Umstände, Zeitungen, Bücher etc. mühelos lesen zu können. 

Das fertige Gerät im Einsatz

Desktop


Kamera-Startbildschirm nach dem Einschalten des Gerätes

Bedienung
Die Bedienung ist denkbar einfach. Das Gerät ist mit einem Linux Betriebssystem ausgestattet und wird mit der linken Taste hochgefahren. Es erscheint nach kurzer Zeit ein Startbildschirm für die Kamera des Lesekopfes.



Der Bildschirm ist ein Touch Screen, so dass einfach, wenn die Einstellungen ok sind, mit dem Finger die "Starte Kamera"-Schaltfläche berührt wird. Das Kamerabild erscheint nach einer kurzen Einstellzeit für Focus, Helligkeit, Kontrast und Weißabgleich. Nun kann der Lesekopf, wie eine übergroße Maus, auf die zu lesende Stelle verschoben werden. Mit der rechten Taste kann die Verstärkung gewählt werden:

Zoom x1:  Buchstabenhöhe real: 1,8 mm  Buchstabenhöhe Bildschirm: 2,2 mm
Zoom x2:  Buchstabenhöhe real: 1,8 mm  Buchstabenhöhe Bildschirm: 3,9 mm
Zoom x3:  Buchstabenhöhe real: 1,8 mm  Buchstabenhöhe Bildschirm: 6,1 mm

Das Lesegerät kann zu jeder Zeit mit der linken Taste wieder runtergefahren werden. Dabei blinkt die Taste langsam 3x.


Aufbau
Die Elektronik ist in einem Dreiecksgehäuse untergebracht. Das hat den Vorteil, dass das Display immer optimal abgelesen werden kann. Der Lesekopf ist über ein Kabel abgesetzt kann wie eine große Maus über das Dokument (Buch, Zeitung etc.) bewegt werden. Die Beleuchtung wird per Ring-LED in Höhe der Kamera realisiert. Der Bediener wird durch die sehr helle Beleuchtung nicht irritiert, da der Lesekopf bis zum Dokument heruntergezogen ist. 

Grundplatte mit Anschlussleiste
Frontplatte mit montiertem Display

Detail

Frontplatte eingehängt in Grundplatte
Seitenwände provisorisch hingestellt, die Griffe sind optional



unter dem Raspberry sieht man den DC-DC-Wandler für 5 auf 12 V (Power für die Ring-LED's), über dem Raspberry sieht man den Übergang HDMI-Buchse zu Flachbandkabel zur CSI-2 Kamera-Schnittstelle

Detail Übergang HDMI-Buchse zu Flachbandkabel zur CSI-2 Kamera-Schnittstelle auf dem Raspberry


In der Entwicklungsphase mit WiFi und Dongle für Tastatur und Maus

Gehäuse zusammengebaut
Lesekopf Gehäuse, Halter für Ring-LED und Halter für Kamera
Lesekopf Gehäuse, Halter Ring-LED eingebaut, Klemmraum
Lesekopf Gehäuse, Klemmraumdeckel und Kabelverschraubung
HDMI-Kabel, Kabelenden abisoliert
Lesekopf Gehäuse, HDMI-Kabel angeschlossen
Lesekopf Gehäuse, Ring-LED und Kamera eingebaut
Lesekopf fertig, der Sockel dient der Abstimmung auf den Focus der Kamera


Hardware
Raspberry Pi 2 B+ V1.2, Kühlkörper für Prozessor.
7" LCD 1024 x 600 Pixel, Touch Funktion, intern über HDMI an Raspberry, Stromversorgung über USB Raspberry, DC-DC-Wandler 5 auf 12 V.
Kamera 8 MP, Still: 3280 x 2464 Pixel, Video: 1080p 30fps, Bildsensor: 1/4",                          Anschluss an Raspberry Schnittstelle CSI-2, Netzteil 5 VDC/3A.


Schaltplanauszug Netzteil und DCDC-Wandler für Ring-LED im Lesekopf


Schaltplanauszug Tasten und LED's
Schaltplanauszug Pi-Camera Klemmraum (Flachbandkabel)
Schaltplanauszug Klemmraum
Schaltplanauszug Klemmraum Raspi (HDMI-Kabel, Flachbandkabel)



Software
Das Abbild zu diesem Projekt für eine 8GB SD Card kann unter Downloads heruntergeladen werden. Nach dem Formatieren mit SD Formatter 4.0 sollte zum Beschreiben mit dem Image der Win32Diskimager verwendet werden. Das angepasste Raspbian Jessie wurde vom Display-Hersteller verwendet. Zum shutdown wird der GPIO3 Eingang (linke Taste) verwendet. An der ACT-LED (die Tasten-LED ist anstatt der LED auf der Raspberry-Platine angeschlossen) kann der Status abgelesen werden. Der Eingang wird auch im heruntergefahrenen Zustand abgefragt, so dass man damit das System auch wieder hochfahren kann. Der Eingang GPIO17 (rechte Taste) wird im Hintergrund abgefragt, wenn die Kamera aktiv ist. In raspi-config müssen die Kamera, expand memory (sonst werden nur 2GB anerkannt) und boot in Desktop enabled werden. Die  Bootparameter sind in /boot/config.txt abgespeichert. Falls die Touchfunktion des Displayes nicht geht, mit sudo apt-get -y upgrade probieren (dauert sehr lange). Sollte der Strom für das Display nicht ausreichen, in die config.txt max_usb_current=1 schreiben (nur bei Raspberry Pi 2 B+ möglich). Die Einstellparameter für die Kamera werden in eine Datei '/home/pi/cam/camstartconfig.py' geschrieben. Beim Start wird mit '/home/pi/picamera/camera.py die Kamera mit diesen Daten initialisiert. Die Bedienoberfläche wurde mit PyQt4 geschrieben. Qt4 kann installiert werden mit sudo apt-get install qtcreator. Dazu kommt noch sudo apt-get install qt4-dev-tools. Wenn die KITS fehlen (man kann kein Projekt anlegen): Tools -> Options, wähle Build & Run links, öffne  Kits Tab. Es sollte da sein Manual -> Desktop (default) als Listenpunkt. Wähle diesen Punkt. Nun wähle z. B. Qt 5.5.1 (qt5) für die Qt Version in der Combobox und klicke den Apply Button. Nun sollte es möglich sein, ein Projekt anzulegen, zu kompilieren und auszuführen. Wichtig ist, ausführbare Dateien immer mit chmod +x script ausführbar machen. 

Technische Daten
Prozessor:              Raspberry Pi 2 B+ V1.2    4 x 900 MHz
Operating System. Raspbian Jessie (Linux)
Stromversorgung:   Netzteil 5 VDC/3A, 
Display:                   7" LCD 1024 x 600 Pixel, Touch Funktion
Kamera:                  8 MP, Still: 3280 x 2464 Pixel

Entwicklungsumgebung
Raspbian, PyQt4, FreeCAD, Eagle 7.7 Hobbyist

Downloads
FreeCAD 0.16 Dateien: 0-Dreiecksgehäuse.zip
Qt Creator 4 Dateien:    StartPicamera.zip
Eagle 7.7:                      LesegeraetLG01.zip

SD-Card Abbild:            Image_save_2016_08_10