自制圆形LCD时钟教程

背景

在智能家居和DIY电子制作领域，将废弃或闲置的硬件改造为实用装饰品一直是个热门话题。作者在自家厨房中，唯一能显示时间的设备是烤箱，这让他感到不便。于是，他利用一块圆形LCD屏幕和树莓派（Raspberry Pi）构建了一款个性化壁钟，不仅可以显示任意表盘，还能通过编程实现交互功能。这篇教程来源于作者的个人博客，并在Hacker News上分享，展示了如何从硬件选择、系统安装、组装到远程控制及表盘定制全流程。

核心内容

硬件需求

1. Waveshare 7寸圆形LCD屏幕：分辨率1080×1080像素，直径约18厘米，支持多点触控，对比度和亮度良好。作者曾考虑更大尺寸，但因价格过高而放弃。
2. 树莓派（Raspberry Pi 3-5）：作为迷你计算机驱动时钟。Pi 3B+足以渲染简单动画；Pi Zero 2因512MB RAM不足无法运行现代浏览器；Pi 4被认为是性能与价格的平衡点。
3. microSD卡（至少16GB）：用于存储操作系统。
4. microSD读卡器：用于烧录系统镜像。
5. 高质量的USB-C电源：普通手机充电器可能导致电压不足，使CPU降频。可使用vcgencmd get_throttled命令检查电压状态，官方树莓派电源可解决问题。
6. 白色USB-A转USB-C线：连接树莓派与屏幕，传输电源和触摸信号，也可通过软件调节亮度（见下文）。白色线缆配合白墙使黑色屏幕更突出。
7. 白色HDMI转micro HDMI线：从二手平台（Ebay）找到可拆卸HDMI插头后部体积的线缆，使屏幕更贴近墙壁。
8. USB鼠标：用于初始设置。

操作系统

使用树莓派官方操作系统（Raspberry Pi OS），借助Raspberry Pi Imager工具烧录到SD卡。

组装

屏幕附带螺丝和连接器可将树莓派固定在屏幕背面，但总厚度约4厘米。作者改为将树莓派放在架子上，通过USB-C和HDMI线连接屏幕。注意：连接时使用标有“Touch”的USB端口（该端口同时供电），标有“Power”的端口可不用。

远程控制

启动系统后，在Preferences → Control Centre → Interfaces → VNC中启用内置VNC服务器，然后使用TigerVNC等客户端连接。作者编写了一个Bash脚本clock（同时Pi的主机名设为clock）来快速打开VNC连接：

#!/usr/bin/env bash
set -eu -o pipefail
export VNC_USERNAME=<username>
export VNC_PASSWORD=<password>
vncviewer clock.local

触摸手势

• 如果多点触控在树莓派3上异常（例如手指选择文本而非滚动页面），需进入Preferences → Control Centre → Screen，右键点击屏幕，检查触摸输入是否配置为多点触控（而非模拟鼠标）。
• 屏幕本身没有“返回”或“菜单”按钮，推荐在Firefox中使用Touchscreen Swipe Navigation扩展：左右滑动可前进/后退历史记录，下拉刷新。
• 屏幕背面的“Touch”按钮可将触摸输入旋转90度，可能需要按多次才能正确对齐。

亮度控制

• 屏幕背面的“ON/OFF”按钮长按可循环切换5种亮度模式。在厨房中最暗模式通常足够。
• 夜间调暗需求：
  • 树莓派3：可使用gammastep（redshift的Wayland分支）实现软件调光，命令示例：gammastep -b 1:0.3 -l <纬度>:<经度>，夜间亮度降为30%，白天100%。注意这是软件层面的调光，背光不变。
  • 树莓派4/5：固件不支持gammastep。作者向Waveshare技术支持求助，对方提供了一个Python脚本，直接与屏幕的USB接口通信，将亮度设置为0-100之间的数值。作者对脚本进行了优化，并添加了根据时间自动调光功能，代码已公开。

表盘定制

最简单的方式是在树莓派上打开浏览器并全屏显示。作者自己构建了多个表盘，汇总在clocks.blinry.org页面，该页面也是“主屏幕”——点击表盘即可激活，使用前述滑动手势返回。

瑞士铁路时钟

实现了瑞士铁路钟的分钟停顿效果（感谢@Fluyar提示）。另有一个由Draemmli实现的版本，指针动画非常流畅。

极简时间刻度

受Jürgen的博客启发，作者实现了自己的版本：显示所有12小时标记，但放大视图，单个指针即可提供很高精度，每两个“刻度”之间间隔10分钟。

卡通风格

灵感来源于作者喜欢的一款智能手表表盘。Modak字体承担了不少视觉效果。

方块风格

基于Alina为Pebble设备设计的Squared 4.0，但完全重写。代码包含多种过渡类型，甚至有一个显示秒数的模式。

关键要点

• 硬件选择：Waveshare 7寸圆形LCD与树莓派3-5的组合，兼顾成本、显示效果与性能；官方电源可避免电压不足；白色线缆提升美观。
• 系统与组装：使用Raspberry Pi OS，通过VNC远程控制，无需额外键鼠；树莓派与屏幕分离放置（使用线缆连接）可减小整体厚度。
• 亮度调节：树莓派3可用gammastep软件调光；树莓派4/5需直接通过USB控制屏幕，Waveshare提供的Python脚本可实现自动调光。
• 触摸交互：正确配置多点触控模式；利用浏览器手势扩展实现返回/刷新；屏幕背面按钮可调整触摸方向。
• 表盘定制：基于Web技术（浏览器全屏）显示任意表盘；作者已公开多种风格（瑞士铁路、极简、卡通、方块等），可从clocks.blinry.org访问。
• 开源与可扩展：作者优化并公开了自动调光脚本，并鼓励用户自行编码表盘。

意义与影响

该项目展示了如何利用现成的开源硬件和软件，将一块商用圆形LCD屏幕改造成功能丰富、可高度定制的桌面/厨房时钟。相比市售的智能时钟，其优势在于：

• 完全自定义：用户可编写或下载任何表盘样式，甚至集成天气、日历等信息。
• 交互性：多点触控支持手势导航，可通过浏览器扩展实现类似手机的操作。
• 低成本：总成本远低于同等尺寸的商用圆形触摸屏时钟，且可复用已有树莓派硬件。
• 教育价值：整个过程涉及硬件选型、操作系统配置、远程连接、Python脚本编写、Web前端开发等，是学习嵌入式Linux和DIY电子制作的绝佳案例。

此外，作者解决了多个工程细节（如电压问题、固件兼容性、USB直接控制亮度）并分享了代码，降低了其他爱好者的复现门槛。该项目也体现了“废物利用”的极客精神——用烤箱作为时间显示来源的痛点催生了这一创意，并最终产出了实用且美观的解决方案。