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[#]: subject: (Create a countdown clock with a Raspberry Pi)
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[#]: via: (https://opensource.com/article/21/3/raspberry-pi-countdown-clock)
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[#]: author: (Chris Collins https://opensource.com/users/clcollins)
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[#]: collector: (lujun9972)
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[#]: translator: (Donkey-Hao)
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[#]: reviewer: (wxy)
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[#]: publisher: (wxy)
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[#]: url: (https://linux.cn/article-14731-1.html)
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使用树莓派做一个倒计时器
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> 使用树莓派和电子纸显示屏开始倒计时你的下一个假期。
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<ruby>[圆周率日][2]<rt>Pi Day</rt></ruby>（3 月 14 日） 来了又走，留下美好的回忆以及 [许多树莓派项目][3] 等待我们去尝试。在任何令人精神振奋、充满欢乐的假期后回到工作中都很难，圆周率日也不例外。当我们回望三月的时候，渴望那些天的快乐。但是不用害怕，亲爱的圆周率日庆祝者们，我们开始下一个节日的漫长倒计时！
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好了，严肃点。我做了一个圆周率日倒计时器，你也可以！
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不久前，我购买了一个 [树莓派 Zero W][4]，并且用它来 [解决 WiFi 信号较差的原因][5] 。我也对使用<ruby>电子纸<rt>ePaper</rt></ruby>来作为它的显示屏十分感兴趣。虽然我不知道该用它来干什么，但是！它看起来真的很有趣！我买了一个十分适合放在树莓派的顶部的 2.13 英寸的 [WaveShare 显示器][6] 。安装很简单：只需要将显示器接到树莓派的 GPIO 上即可。
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我使用 [树莓派操作系统][7] 来实现该项目，虽然其他的操作系统肯定也能完成。但是下面的 `raspi-config` 命令在树莓派系统上很容易使用。
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### 设置树莓派和电子纸显示屏
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设置树莓派和电子纸显示屏一起工作，需要你在树莓派软件中启用串行外设接口（SPI），安装 BCM2835 C 库（来访问树莓派上的博通 BCM 2835 芯片的 GPIO 功能），安装 Python GPIO 库来控制电子纸显示屏。最后，你需要安装 WaveShare 的库来使用 Python 控制这个 2.13 英寸的显示屏。
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下面是完成这些的步骤。
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#### 启用 SPI
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树莓派上启用 SPI 最简单的方式是使用 `raspi-config` 命令。SPI 总线允许与设备进行串行数据通信——在本例中，电子纸显示：
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```
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$ sudo raspi-config
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```
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从弹出的菜单中, 选择 “<ruby>接口选项<rt>Interfacing Options</rt> -> SPI -> <ruby>是<rt>Yes</rt></ruby>” 来启用 SPI 接口，然后启动。
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#### 安装 BCM2835 库
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如上所述，BCM2835 库是用于树莓派博通 BCM2385 芯片的软件，它允许访问 GPIO 引脚来控制设备。
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在我写这篇文章之时，用于树莓派的最新博通 BCM2385 库版本是 v1.68 。安装此库需要下载软件压缩包然后使用 `make` 来安装：
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```
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# 下载 BCM2853 库并解压
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$ curl -sSL http://www.airspayce.com/mikem/bcm2835/bcm2835-1.68.tar.g> -o - | tar -xzf -
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# 进入解压后的文件夹
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$ pushd bcm2835-1.68/
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# 配置、检查并安装 BCM2853 库
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$ sudo ./configure
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$ sudo make check
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$ sudo make install
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# 返回上级目录
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$ popd
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```
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#### 安装需要的 Python 库
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你用 Python 控制电子纸显示屏需要安装 Python 库 `RPi.GPIO`，还需要使用 `python3-pil` 包来画图。显然，PIL 包已经不行了，但 Pillow 可以作为代替方案。我还没有为该项目测试过 Pillow ，但它可行：
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```
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# 安装需要的 Python 库
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$ sudo apt-get update
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$ sudo apt-get install python3-pip python3-pil
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$ sudo pip3 install RPi.GPIO
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```
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_注意：这些是 Python3 的指令。你可以在 WaveShare 网站查到 Python2 的指令。_
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#### 下载 WaveShare 示例和 Python 库
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Waveshare 维护了一个 Python 和 C 的 Git 库，用于使用其电子纸显示屏和一些展示如何使用它们的示例。对这个倒计时时钟而言，你需要克隆这个库并使用用于 2.13 英寸显示屏的库：
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```
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# 克隆这个 WaveShare e-Paper git 库
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$ git clone https://github.com/waveshare/e-Paper.gi>
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```
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如果你用不同的显示器或者其他公司产品，需要使用适配软件。
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Waveshare 提供了很多指导：
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* [WaveShare 电子纸设置指导][9]
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* [WaveShare 电子纸库安装指导][10]
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#### 获得有趣的字体（选做）
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你可以随心所欲的使用显示器，为什么不搞点花样？找一个炫酷的字体！
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这有大量 [开放字体许可][11] 的字体可供选择。我十分喜爱 Bangers 字体。如果你看过 YouTube 那你见过这种字体了，它十分流行。你可以下载到本地的共享字体目录文件中，并且所有的应用都可以使用，包括这个项目：
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```
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# “Bangers” 字体是 Vernon Adams 使用 Google 字体开放许可授权的字体
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$ mkdir -p ~/.local/share/fonts
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$ curl -sSL https://github.com/google/fonts/raw/master/ofl/bangers/Bangers-Regular.ttf -o fonts/Bangers-Regular.ttf
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```
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### 创建一个圆周率日倒计时器
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现在你已经安装好了软件，可以使用带有炫酷字体的电子纸显示屏了。你可以创建一个有趣的项目：倒计时到下一个圆周率日！
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如果你想，你可以从该项目的 [GitHub 仓库][13] 直接下载 [countdown.py][12] 这个 Python 文件并跳到文章结尾。
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为了满足大家的好奇心，我将逐步讲解。
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#### 导入一些库
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```
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#!/usr/bin/python3
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# -*- coding:utf-8 -*-
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import logging
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import os
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import sys
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import time
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from datetime import datetime
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from pathlib import Path
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from PIL import Image,ImageDraw,ImageFont
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logging.basicConfig(level=logging.INFO)
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basedir = Path(__file__).parent
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waveshare_base = basedir.joinpath('e-Paper', 'RaspberryPi_JetsonNano', 'python')
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libdir = waveshare_base.joinpath('lib')
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```
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开始先导入一些标准库之后脚本中用。也需要你从 PIL 添加 `Image`、`ImageDraw` 和 `ImageFont`，你会用到这些来画一些简单的图形。最后，为本地 `lib` 目录设置一些变量，该目录包含了用于 2.13 英寸显示屏的 Waveshare Python 库，稍后你可以使用这些变量从本地目录加载库。
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#### 字体大小辅助函数
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下一部分是为你选择的 Bangers-Regular.ttf 字体建立一个修改大小的辅助函数。该函数将整型变量作为大小参数，并返回一个图形字体对象来用于显示：
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```
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def set_font_size(font_size):
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logging.info("Loading font...")
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return ImageFont.truetype(f"{basedir.joinpath('Bangers-Regular.ttf').resolve()}", font_size)
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```
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#### 倒计时逻辑
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接下来是计算这个项目的一个函数：距下次圆周率日还有多久。如果是在一月，那么计算剩余天数将很简单。但是你需要考虑是否今年的圆周率日是否已经过去了（允悲）。如果是的话，那么计算在你可以再次庆祝之前还有多少天：
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```
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def countdown(now):
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piday = datetime(now.year, 3, 14)
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# 如果错过了就增加一年
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if piday < now:
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piday = datetime((now.year + 1), 3, 14)
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days = (piday - now).days
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logging.info(f"Days till piday: {days}")
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return day
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```
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#### 主函数
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最后，到了主函数，需要初始化显示屏并向它写数据。这时，你应该写一个欢迎语然后再开始倒计时。但是首先，你需要加载 Waveshare 库：
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```
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def main():
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if os.path.exists(libdir):
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sys.path.append(f"{libdir}")
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from waveshare_epd import epd2in13_V2
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else:
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logging.fatal(f"not found: {libdir}")
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sys.exit(1)
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```
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上面的代码片段检查以确保该库已下载到倒计时脚本旁边的目录中，然后加载`epd2in13_V2` 库。如果你使用不同的显示屏，则需要使用不同的库。如果你愿意，也可以自己编写。我发现阅读 Waveshare 随显示屏提供的 Python 代码很有趣，它比我想象的要简单得多。
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下一段代码创建一个 EPD（电子纸显示屏）对象以与显示器交互并初始化硬件：
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```
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logging.info("Starting...")
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try:
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# 创建一个显示对象
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epd = epd2in13_V2.EPD()
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# 初始化并清空显示
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# ePaper 保持它的状态处分更新
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logging.info("Initialize and clear...")
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epd.init(epd.FULL_UPDATE)
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epd.Clear(0xFF)
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```
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关于电子纸的一个有趣之处：它仅在将像素从白色变为黑色或从黑色变为白色时才耗电。这意味着当设备断电或应用程序因任何原因停止时，屏幕上的任何内容都会保留下来。从功耗的角度来看，这很好，但这也意味着你需要在启动时清除显示，否则你的脚本只会覆盖屏幕上已有的内容。 因此，`epd.Clear(0xFF)` 用于在脚本启动时清除显示。
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接下来，创建一个“画布”来绘制剩余的显示输出：
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```
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# 创建一个图形对象
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# 注意："epd.heigh" 是屏幕的长边
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# 注意："epd.width" 是屏幕的短边
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# 真是反直觉…
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logging.info(f"Creating canvas - height: {epd.height}, width: {epd.width}")
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image = Image.new('1', (epd.height, epd.width), 255) # 255: clear the frame
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draw = ImageDraw.Draw(image)
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```
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这与显示器的宽度和高度相匹配——但它有点反直觉，因为显示器的短边是宽度。我认为长边是宽度，所以这只是需要注意的一点。 请注意，`epd.height` 和 `epd.width` 由 Waveshare 库设置以对应于你使用的设备。
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#### 欢迎语
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接下来，你将开始画一些画。这涉及在你之前创建的“画布”对象上设置数据。这还没有将它绘制到电子纸显示屏上——你现在只是在构建你想要的图像。由你为这个项目绘制带有一块馅饼的图像，来创建一个庆祝圆周率日的欢迎信息：
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![画一块馅饼][14]
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很可爱，不是吗？
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```
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logging.info("Set text text...")
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bangers64 = set_font_size(64)
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draw.text((0, 30), 'PI DAY!', font = bangers64, fill = 0)
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logging.info("Set BMP...")
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bmp = Image.open(basedir.joinpath("img", "pie.bmp"))
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image.paste(bmp, (150,2))
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```
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最后，_真是是最后了_，你可以展示你画的图画：
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```
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logging.info("Display text and BMP")
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epd.display(epd.getbuffer(image))
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```
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上面那段话更新了显示屏，以显示你所画的图像。
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接下来，准备另一幅图像展示你的倒计时：
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#### 圆周率日倒计时
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首先，创建一个用来展示倒计时的图像对象。也需要设置数字的字体大小：
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```
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logging.info("Pi Date countdown; press CTRL-C to exit")
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piday_image = Image.new('1', (epd.height, epd.width), 255)
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piday_draw = ImageDraw.Draw(piday_image)
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# 设置字体大小
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bangers36 = set_font_size(36)
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bangers64 = set_font_size(64)
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```
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为了使它显示的时候更像一个倒计时，更新图像的一部分是更加有效的手段，仅更改已经改变的显示数据部分。下面的代码准备以这样方式运行：
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```
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# 准备更新显示
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epd.displayPartBaseImage(epd.getbuffer(piday_image))
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epd.init(epd.PART_UPDATE)
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```
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最后，需要计时，开始一个无限循环来检查据下次圆周率日还有多久，并显示在电子纸上。如果到了圆周率日，你可以输出一些庆祝短语：
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```
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while (True):
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days = countdown(datetime.now())
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unit = get_days_unit(days)
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# 通过绘制一个填充有白色的矩形来清除屏幕的下半部分
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piday_draw.rectangle((0, 50, 250, 122), fill = 255)
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# 绘制页眉
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piday_draw.text((10,10), "Days till Pi-day:", font = bangers36, fill = 0)
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if days == 0:
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# 绘制庆祝语
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piday_draw.text((0, 50), f"It's Pi Day!", font = bangers64, fill = 0)
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else:
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# 绘制距下一次 Pi Day 的时间
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piday_draw.text((70, 50), f"{str(days)} {unit}", font = bangers64, fill = 0)
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# 渲染屏幕
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epd.displayPartial(epd.getbuffer(piday_image))
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time.sleep(5)
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```
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脚本最后做了一些错误处理，包括捕获键盘中断，这样你可以使用 `Ctrl + C` 来结束无限循环，以及一个根据计数来打印 `day` 或 `days` 的函数：
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```
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except IOError as e:
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logging.info(e)
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except KeyboardInterrupt:
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logging.info("Exiting...")
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epd.init(epd.FULL_UPDATE)
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epd.Clear(0xFF)
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time.sleep(1)
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epd2in13_V2.epdconfig.module_exit()
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exit()
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def get_days_unit(count):
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if count == 1:
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return "day"
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return "days"
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if __name__ == "__main__":
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main()
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```
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现在你已经拥有一个倒计时并显示剩余天数的脚本！这是在我的树莓派上的显示（视频经过加速，我没有足够的磁盘空间来保存一整天的视频）：
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![Pi Day Countdown Timer In Action][16]
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#### 安装 systemd 服务（选做）
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如果你希望在系统打开时运行倒计时显示，并且无需登录并运行脚本，你可以将可选的 systemd 单元安装为 [systemd 用户服务][17]。
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将 GitHub 上的 [piday.service][18] 文件复制到 `${HOME}/.config/systemd/user`，如果该目录不存在，请先创建该目录。然后你可以启用该服务并启动它：
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```
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$ mkdir -p ~/.config/systemd/user
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$ cp piday.service ~/.config/systemd/user
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$ systemctl --user enable piday.service
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$ systemctl --user start piday.service
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# Enable lingering, to create a user session at boot
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# and allow services to run after logout
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$ loginctl enable-linger $USER
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```
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该脚本将输出到 systemd 日志，可以使用 `journalctl` 命令查看输出。
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### 它开始看起来像是圆周率日了！
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这就是你的作品！一个显示在电子纸显示屏上的树莓派 Zero W 圆周率日倒计时器！并在系统启动时使用 systemd 单元文件启动！现在距离我们可以再次相聚庆祝圆周率日还有好多天的奇妙设备———树莓派。通过我们的小项目，我们可以一目了然地看到确切的天数。
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但实际上，每个人都可以在每一天在心中庆祝圆周率日，因此请使用自己的树莓派创建一些有趣且具有教育意义的项目吧！
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via: https://opensource.com/article/21/3/raspberry-pi-countdown-clock
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作者：[Chris Collins][a]
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选题：[lujun9972][b]
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译者：[Donkey](https://github.com/Donkey-Hao)
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校对：[wxy](https://github.com/wxy)
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本文由 [LCTT](https://github.com/LCTT/TranslateProject) 原创编译，[Linux中国](https://linux.cn/) 荣誉推出
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[a]: https://opensource.com/users/clcollins
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[b]: https://github.com/lujun9972
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[1]: https://opensource.com/sites/default/files/styles/image-full-size/public/lead-images/clocks_time.png?itok=_ID09GDk (Alarm clocks with different time)
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[2]: https://en.wikipedia.org/wiki/Pi_Day
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[3]: https://opensource.com/tags/raspberry-pi
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||
[4]: https://www.raspberrypi.org/products/raspberry-pi-zero-w/
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||
[5]: https://opensource.com/article/21/3/troubleshoot-wifi-go-raspberry-pi
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||
[6]: https://www.waveshare.com/product/displays/e-paper.htm
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||
[7]: https://www.raspberrypi.org/software/operating-systems/
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||
[8]: https://pypi.org/project/Pillow/
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||
[9]: https://www.waveshare.com/wiki/2.13inch_e-Paper_HAT
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||
[10]: https://www.waveshare.com/wiki/Libraries_Installation_for_RPi
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||
[11]: https://scripts.sil.org/cms/scripts/page.php?site_id=nrsi&id=OFL
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||
[12]: https://github.com/clcollins/epaper-pi-ex/blob/main/countdown.py
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||
[13]: https://github.com/clcollins/epaper-pi-ex/
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||
[14]: https://opensource.com/sites/default/files/uploads/pie.png (drawing of a piece of pie)
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||
[15]: https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/
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||
[16]: https://opensource.com/sites/default/files/uploads/piday_countdown.gif (Pi Day Countdown Timer In Action)
|
||
[17]: https://wiki.archlinux.org/index.php/systemd/User
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||
[18]: https://github.com/clcollins/epaper-pi-ex/blob/main/piday.service
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