這款復(fù)古的 METAR（航空例行天氣報告）三色墨水屏顯示器，不僅懷舊感十足，還可以同時顯示十多種信息。盡管這類小裝備是飛行員們才需要用到的，但這也并不妨礙飛行愛好者們 DIY 一件擺放在自己的書桌上。

項目特性

1、墨水屏有三種顯示方式：間歇性的循環(huán)更新顯示、隨機顯示和自動間隔顯示。以天氣變化為例，把天氣變化設(shè)置為 VFR，每小時更新一次即可。因為天氣變化，特別惡劣天氣的變化，它會非常地快，更新的太頻繁就沒有意義。

2、腳本用從命令行運行，用不用 cmd line 參數(shù)都可以。同時，還可以通過網(wǎng)頁界面來管理顯示。

在網(wǎng)絡(luò)界面可以清除顯示，重新啟動或者關(guān)閉主機，還可以隨時調(diào)整布局和更新間隔。我建議用這種方式來管理顯示屏。

3、采用 Python 3 編程。由 Waveshare 提供的庫來驅(qū)動顯示器，如 PIL、Numpy 和 Flask。

4、墨水屏顯示會有些慢，特別這個三色屏幕。（這也算特性？）

組件清單

樹莓派 Zero W x 1（其他樹莓派主板亦可）
MicroSD 卡 x 1
Waveshare 7×5 三色電子墨水屏 x 1
外框 x 1

METAR 簡介

METARhttps://en.wikipedia.org/wiki/METAR，它可以為機場環(huán)境提供動態(tài)的報告，也可以為飛行員提供有關(guān)機場天氣和其他狀況信息的平臺。它為進出機場的飛行員傳遞重要信息，以便飛行員做出正確的選擇。

對于飛行員來說，機場的飛行類別是非常的重要。選擇有：VFR、MVFR、IFR 和 LIFR。這些類別由云層或能見度決定的。

VFR:目視飛行規(guī)則，云層高度超過 3,000 英尺，或能見度超過 5 英里。

MVFR:邊際目視飛行規(guī)則，云層高度 1,000 至 3,000 英尺 AGL，或 3 到 5 英里的能見度。

IFR:儀表飛行規(guī)則，云層高度 500 至低于 1,000 英尺 AGL，或 1 英里至低于 3 英里的能見度。

LIFR:低儀表飛行規(guī)則，云層高度 500 英尺 AGL，或小于 1 英里的能見度。

AGL表示地面以上。

通常，這些類別都會有特定的顏色，如 VFR 為綠色。由于這款顯示屏可以顯示的顏色有限，如圖所示，我用以下顏色來表示。

VFR：白底黑色字體。
MVFR：黑底白色字體。
IFR：白底紅色字體。
LIFR：紅底白色字體。

METAR 實際上是一串需要解碼的神秘字符和數(shù)字。下面我們將原始的 METAR 文本進行解碼。

METAR 文本格式為：KFPK（Charotte/Beach Fld，MI，US）
例如：KFPK 271935Z AUTO 32012G17KT 10SM BKN044 M02/M13 A3005 RMK AO2 T10211133，解碼后信息如下。

M02-溫度：-2.1°C (28°F)
M13-露點：-13.3°C (8°F) [RH=42%]
A3005-壓力（高度計）：30.05 英寸 Hg（1017.7 mb）
32012G17KT-風(fēng)速：從 NW（320 度）14 MPH（12 節(jié)）陣風(fēng)至 20 MPH（17 節(jié)）
10SM-能見度：10 或更多英里（16+ 公里）
BKN044-云層高度：4400 英尺 AGL 的斷層云
AO2-QC 標志：無需人類增強的自動觀察
RMK-備注：備注附加信息

更多關(guān)于 METAR 的解讀鏈接，你可以參考https://www.thinkaviation.net/understanding-metars-part-1/。

墨水屏文件可在本項目文件庫中下載：
https://make.quwj.com/project/429

安裝硬件

將 7×5 三色電子墨水屏 HAT 與樹莓派 Zero W 相連。樹莓派 Zero W 的啟動和更新時間稍慢，但方便安裝在外框內(nèi)。

有兩種方法可以將顯示屏連接到主板。

1、如圖所示，將 HAT 直接連接到樹莓派的引腳上。

2、如圖所示，使用連接器將 HAT 連接到樹莓派的引腳上。這種方式不占主板引腳，可為其他功能留用，安裝時請確保連接牢固。

HAT 上有兩個可撥動開關(guān)，都位于右邊并且方向朝上。“Display Config” 開關(guān)在“B”位置，“Interface Config” 開關(guān)在 “0” 位置。

可選添加一個開機開關(guān)。將主板通電，可以通過引腳 5 連接到 6 來重新啟動它（GPIO 3 接地），引腳接口可參考https://pinout.xyz/。

如果你直接將 HAT 連接到引腳，則需要將一根電線焊接到主板下方的引腳 5 和 6 上。連接時請注意不要使另一個引腳上的電線短路。開機開關(guān)使用起來很方便，我將開關(guān)安裝在外殼的后蓋處。

如果這個開關(guān)對你來說太麻煩，你可以如上圖一樣在 USB 插頭上添加一個開關(guān)。

將顯示器安裝在外框中，并使主板保持正常運轉(zhuǎn)。

安裝軟件

有兩種安裝軟件的方式。

1、第一種方式
在 Dropbox https://www.dropbox.com/s/u8zt8nw22mxvta8/7in5e-inkMetar.zip?dl=0上下載軟件，并將其復(fù)制到 SD 卡，無需安裝。請將最新版本存儲在 Github 上，可以在這里復(fù)制所需安裝的軟件。

軟件不能一直確保正常使用，但可以下載后解壓縮保存文件，請按照鏈接中的方法 https://www.how2shout.com/how-to/balenaetcher-how-to-create-a-bootable-usb-flash-drive-using-etcher.html ，將軟件復(fù)制到 SF 卡中。

Berrylan https://berrylan.org/請將 Berrylan 應(yīng)用程序下載到手機，以便你設(shè)置 WiFi 網(wǎng)絡(luò)。訪問 Apple Store 或 Android Play 商店。

應(yīng)用程序的主機名和密碼都已修改為 “epaper”。

溫馨提示：如果在安裝鏡像后你想從 github.com 更新到最新版本，請輸入以下內(nèi)容：

cd metar
sudo git reset --hard
sudo git pull

2、第二種方式

請在這個鏈接中下載軟件 https://github.com/markyharris/metar， README.md 文件中有詳細的安裝說明，請按照以下說明正確設(shè)置鏡像。

下載所需的應(yīng)用程序

Balena Etcher https://www.balena.io/etcher/。
Berrylan Unix Bullseye 鏡像 https://berrylan.org/。
從 Apple App Store 或 Android Play Store 下載 Berrylan App 到你的手機。

注意：Berrylan 鏡像要求不嚴。它提供了一種簡單的方法來設(shè)置 WiFi 并可在無桌面樹莓派的系統(tǒng)上啟用 SSH。

當(dāng)然也可以使用臨時的鍵盤和顯示器連接到樹莓派并將其啟動。

但是，通過 Berrylan 手機應(yīng)用程序更改 WiFi 是最方便。如果不需要 Berrylan，請訪問https://www.raspberrypi.com/software/operating-systems/下載最新鏡像。

如果 Berrylan 不能使用，https://desertbot.io/blog/headless-raspberry-pi-4-ssh-wifi-setup ，請參考無桌面系統(tǒng)設(shè)置 WiFi 的步驟。

將鏡像寫入 SD 卡

使用 Balena Etcher，將鏡像寫入 Micro SD 卡。訪問此處https://www.how2shout.com/how-to/balenaetcher-how-to-create-a-bootable-usb-flash-drive-using-etcher.html 了解和使用 Belena Etcher 的信息。

將 SD 卡放入樹莓派并啟動。等待 1-2 分鐘，觀察 SD 卡啟動樹莓派后 LED 的反饋。當(dāng)它啟動后會停止閃爍（大部分情況下）。

使用 BERRYLAN 設(shè)置 WIFI

在手機上打開 Berrylan 應(yīng)用程序，然后選擇 “BT WLAN 設(shè)置” 或 “BT WLAN” 或 “raspberrypi”。最常見的是 “BT WLAN”。

如果有多個選擇，請選擇第一個并完成以下步驟。如果連接不到樹莓派，請重啟再試。

選擇使用 WiFi SSID
輸入 WiFi 密碼，記下 Berrylan 顯示的 IP 地址，你稍后會使用到。

使用 SSH 客戶端登錄

打開 SSH 客戶端并輸入 “pi@IP address” 然后登錄，例如 “pi@192.163.86.71” 。

使用用戶名 “pi” 和密碼 “raspberry” 登錄。如果使用的是普通映像，則必須先啟用 SSH，然后客戶端才能工作。

Berrylan 自動啟用 SSH。如果不行，請將顯示器和鍵盤連接到樹莓派并使用 “raspi-config” 來執(zhí)行。

有關(guān) “raspi-config” 的信息，可點擊查閱 ，https://www.raspberrypi.com/documentation/computers/configuration.html

以下列舉一些 SSH 客戶端：

KiTTY
PuTTY and other PuTTY versions
MobaXterm
WinSCP
SmarTTY
Bitvise SSH Client
Terminal (for Mac)
Chrome SSH extension

設(shè)置 SPI 接口

與顯示器連接，請執(zhí)行以下命令。請在 “pi@raspberrypi:~ $” 行輸入以下內(nèi)容

 sudo raspi-config
 3 - Interface Options
 I4 SPI Enable this? Yes

注意：你可以根據(jù)需要更改主機名和密碼（可選）。

點擊 “Yes”，退出“raspi-config”，然后重啟樹莓派。

在樹莓派上設(shè)置 GitHub

樹莓派啟動后，通過 SSH 客戶端登錄后，輸入：

 sudo apt update
 sudo apt-get install git
 git --version

如果你收到一個 git 版本號碼，就可以開始了。

從 GITHUB 復(fù)制文件：進入后輸入

 sudo git clone https://github.com/markyharris/metar.git
 cd metar
 ls -la

這時會列出從 github 復(fù)制到目錄 “metar” 的文件，驗證是否正常工作。

依賴項

該軟件大多數(shù)依賴項都已隨圖像一起安裝。但少許還需要手動安裝。如 PIL、Numpy 和 Flask。

安裝軟件所需的必要依賴項

 sudo apt-get install python3-setuptools
 sudo apt install python3-pil
 sudo apt-get install python3-numpy
 sudo pip3 install Flask

字體

代碼是使用 “NotoMono-Regular.ttf” 和 “LiberationMono-Bold.ttf” 編寫，這需要將它們安裝到“/usr/share/fonts/truetype/” 的目錄中。請在 cmd 行輸入以下內(nèi)容：

 cd /usr/share/fonts/truetype/
 sudo mkdir noto
 sudo mkdir liberation2
 cd noto
 sudo wget https://github.com/markyharris/metar/raw/f1858d85ad3b79864fb6e082cd083346828661ef/fonts/noto/NotoMono-Regular.ttf
 cd ..
 cd liberation2
 sudo wget https://github.com/markyharris/metar/raw/f1858d85ad3b79864fb6e082cd083346828661ef/fonts/liberation2/LiberationMono-Bold.ttf

測試運行 METAR 顯示

現(xiàn)在是關(guān)鍵時刻，從 cmd 行手動運行主腳本。
輸入

 cd ~
 cd metar
 sudo python3 metar_main.py

一切正常，cmd 行將顯示調(diào)試數(shù)據(jù)，包括原始元字符串。請觀察顯示屏，看它是否在更新時開始閃爍，完全刷新可能需要幾秒鐘，所以請耐心等待。

如果出現(xiàn) “metar_settings.py” 中的默認機場，那么你就成功了。

現(xiàn)在根據(jù)需要編輯 “metar_settings.py” 文件。如果在 cmd 行上沒有傳遞其他參數(shù)，這些值是腳本回退的默認值。

下面顯示了 “metar_settings.py” 文件的一部分?？梢赃M行機場更改，例如首選機場 ID。

# Default User Settings
  airport = "KFLG" # enter default airport identifier to display. Be sure to use quotes
  interval = 1800  # enter default time in seconds between METAR updates - 3600 = 1 hour, no quotes
  use_disp_format = 7 # Choose which display layout to use. -1 = Random layout, -2 = Cycle layouts
  use_remarks = 1  # 0 = display airport information, 1 = display metar remarks info 
  random_airports = ["KEYW","KDFW","KSEA","KORD", "KLAS","KCMR","KABQ","KDEN", 
                   "KPHX","KNBC","KBKV","KTTS"]

注意：“random_airports” 列表可顯示多個機場，它包含 12 個機場。

如果列表中的機場超過 12 個，腳本將從列表中隨機選擇 12 個，默認的機場將在顯示屏中顯示為本國機場。

測試 CMD 線控制

該腳本最多寫入四行 cmd 行參數(shù)

第一個參數(shù)－機場標識符－必須為 4 個字符的 ICAO 格式。
第二個參數(shù)－布局編號－將接受 -2、-1 和 0-7。
第三個參數(shù)－以秒為單位的更新間隔－60=1 分鐘，3600=1 小時。
第四個參數(shù)－使用備注-1=顯示元備注關(guān)鍵信息，0=顯示機場信息。

它們將按順序排列，但并非全部顯示的。例如，當(dāng)只能輸入機場 ID時，默認設(shè)置將顯示最后三個參數(shù)。

例如輸入

sudo python3 metar_main.py kflg 7 60 0

從這例子中可以看到，顯示屏將使用第七種布局顯示弗拉格斯塔夫機場 60 秒內(nèi)的信息，然后更新機場信息。

檢測工作是否正常，可以使用“webapp.py”和“metar.html”下面的腳本就可以了。

測試 WEBAPP.PY

在“metar”目錄中輸入

sudo python3 webapp.py

它將運行一個 Flask 模塊，該模塊將使用上次保存的配置運行“metar_main.py”。Flask 設(shè)置了一個網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。

因此我們還可以運行 html 文件來控制來自同一 WiFi 網(wǎng)絡(luò)上的任何計算機、平板電腦或手機的顯示。

你的顯示器應(yīng)該可以顯示信息。

請注意，當(dāng) webapp.py 啟動時，信息將顯示到 SSH 客戶端中。你需要它提供的 URL。例如（你的可能不一樣）， 在 [http://192.168.86.71:5000/](http://192.168.86.71:5000/) 上運行（按 CTRL+C 退出）。

測試 METAR.HTML

使用上一步中的 URL，打開網(wǎng)絡(luò)瀏覽器并輸入URL。如果一切順利，會看到一個允許控制顯示的網(wǎng)頁。

注意：運行的 html 文件，必須使用最初設(shè)置 WiFi 時提供的 URL，并連接到同一 WiFi 網(wǎng)絡(luò)的計算機、平板電腦或手機。

URL 的 IP 地址后附加 ‘:5000’，即：http://192.168.86.71:5000/（你的可能不一樣）。

為啟動設(shè)置 RC.LOCAL（可選）

如果你希望顯示器在關(guān)機或意外斷電后自動重新啟動，可以參考這個步驟。必須運行 webapp.py 才能使網(wǎng)絡(luò)界面正常工作。它在自動啟動時很有幫助。

進入

 cd ~
 cd /etc
 sudo nano rc.local

在“Exit”前添加。

sudo python3 /home/pi/metar/webapp.py &

保存編輯好的文件并重啟

 ctrl-x
 y
 sudo reboot now

注意：如果你不需要“webapp.py”自動啟動，你只需再次打開“rc.local”并注釋掉添加的行，然后重新保存并重新啟動。

這將要求你在 cmd 行中手動運行“webapp.py”以使網(wǎng)絡(luò)界面正常運行。

設(shè)置 POWEROFF.SERVICE 關(guān)機（可選）

當(dāng)設(shè)備關(guān)閉時，它可以讓墨水屏顯示空白。停電也不會黑屏，但是如果你在“rc.local”做以下設(shè)置，當(dāng)電源恢復(fù)時，它將重置顯示。

將“poweroff.service”復(fù)制到“/lib/systemd/system”

 cd ~
 cd /lib/systemd/system 
 sudo wget https://raw.githubusercontent.com/markyharris/metar/main/poweroff.service

通過輸入啟用服務(wù)

sudo systemctl enable poweroff.service

將python腳本“metar_poweroff.py”復(fù)制到“/opt/metar_poweroff”

 cd ~  
 cd /opt
 sudo mkdir metar_poweroff
 cd metar_poweroff
 sudo wget https://raw.githubusercontent.com/markyharris/metar/main/metar_poweroff.py

其他項

到目前為止，軟件的安裝已完成，建議你將 SD 卡備份鏡像。

步驟如下：
1、點擊鏈接下載 Win32DiskImager https://sourceforge.net/projects/win32diskimager/。
2、將 SD 卡插入計算機的讀卡器。
3、單擊文件夾圖標并找到一個目錄來存儲鏡像，命名為 metar_display.img。
4、單擊“只讀分配的分區(qū)”。
5、單擊“讀取”然后等待完成。
6、完成后安全彈出 SD 卡并將其重新安裝到樹莓派。

故障排除

在完成這個顯示屏?xí)r，我遇到許多故障問題，在這里給大家分享出來，以便幫助可能遇到同樣問題的人。

無顯示的情況

首先點擊了解 HAT 的功能 https://www.waveshare.com/wiki/7.5inch_e-Paper_HAT_(B)，然后運行提供的測試腳本。

請單擊頂部的“資源”選項卡，然后單擊“演示代碼”的 github 鏈接。https://github.com/waveshare/e-Paper/tree/master/RaspberryPi_JetsonNano/python/examples。

選擇正確的測試版本，我使用的是 “epd_7in5b_V2_test.py” https://github.com/waveshare/e-Paper/blob/master/RaspberryPi_JetsonNano/python/examples/epd_7in5b_V2_test.py。

當(dāng)樹莓派的電源中斷時，可能會發(fā)生這種情況，請仔細檢查樹莓派板上的 LED 并確保其亮起。

也有可能是 SD 卡損壞，需要重新安裝鏡像，這時就可以啟用備份的資料。

待命

當(dāng)樹莓派嘗試從 weather.org 更新數(shù)據(jù)時，會時常發(fā)生錯誤。當(dāng)網(wǎng)站未返回機場數(shù)據(jù)，或輸入的機場后當(dāng)前未提供 METAR 數(shù)據(jù)，或機場 ID 未被識別時，將顯示錯誤。

一分鐘后它會再次嘗試獲取數(shù)據(jù)。在大多數(shù)情況下，它將成功接收數(shù)據(jù)，然后正確顯示。

如果多次嘗試后顯示屏沒有更新，請檢查 WiFi 網(wǎng)絡(luò)是否正常。

錯誤發(fā)生

大多數(shù)其他的錯誤，在發(fā)出“發(fā)生錯誤”的消息提示時會與錯誤描述一起顯示。這些將比無法從互聯(lián)網(wǎng)訪問數(shù)據(jù)更為嚴重。請參考以下內(nèi)容，以便在相應(yīng)的情況下對其進行調(diào)試。

網(wǎng)絡(luò)界面未加載
1、確保在網(wǎng)絡(luò)瀏覽器中輸入了正確的 URL。例如，http://192.168.84.79:5000/ 。

請注意將“:5000”附加到樹莓派的 IP 地址。如果沒有，將看不到網(wǎng)絡(luò)界面。

此外，請確保你使用的計算機與樹莓派連接在同一網(wǎng)絡(luò)。請及早檢查。

網(wǎng)絡(luò)界面依賴于樹莓派上運行的 “webapp.py”。這也是為什么建議將 rc.local 設(shè)置為在啟動時運行 “webapp.py”。如果未設(shè)置，則必須在加載網(wǎng)絡(luò)界面之前從 cmd 行手動運行 “webapp.py”。

更新時間長

1、本身墨水屏更新稍長，請耐心等待。

2、Layout5－多個機場顯示需要輪詢 weather.gov 13 次以獲取 13 個機場的數(shù)據(jù)，與其他顯示布局相比會發(fā)生延遲。

3、如果機場 ID 出現(xiàn)拼寫錯誤，可能會導(dǎo)致顯示屏閃爍且不顯示任何數(shù)據(jù)。通常會顯示錯誤提醒，如果沒有，只需重新輸入機場 ID，并確保其為有效的 4 字符 ICAO ID。

陰影部分

使用墨水屏出現(xiàn)這種情況很普遍，通常更新顯示幾次將消除這個問題。網(wǎng)絡(luò)界面中“Clear E-Paper Display”的功能，可以幫助刪除這些陰影。讓陰影最小化的方法是使用“循環(huán)”或“隨機”顯示功能，它可以在每次更新間隔時更改布局。

項目所用的代碼在本項目文件庫中可以下載：
https://make.quwj.com/project/429

via instructables.com/7x5-E-Paper-METAR-Display/