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2.4-Zoll LCD Display am Raspberry Pi: Einrichtung und Programmierung unter Python

Veröffenticht am 08.10.2023 von Raab Wolfgang in der Kategorie Displays, Raspberry Pi bisher keine Reaktionen Zuletzt überarbeitet am 18.10.2023

Nachdem ich in einem meiner letzten Beiträge den Aufbau und die Programmierung eines 1,54 Zoll E-Paper Displays gezeigt habe, möchte ich nun die Ansteuerung eines 2,4 Zoll LCD Displays zeigen. Auch hier wird die SPI-Anschlusstechnik und Python zur Programmierung auf dem Raspberry Pi OS verwendet.

Bevor wir jedoch mit der Konfiguration und Programmierung beginnen, wollen wir kurz die Vor- und Nachteile eines LCD-Displays im Vergleich zu einem E-Paper Display beleuchten.

Meine Erfahrung mit LCD-Displays

Auf der Suche nach einem größeren Display als das hier im Blog bereits beschriebene OLED-Display habe ich zunächst mit einem 1,54-Zoll E-Paper-Display experimentiert. Dieses musste jedoch aufgrund der im Artikel “E-Paper-Display am Raspberry Pi: Einrichtung und Programmierung des 1,54-Zoll Moduls unter Python” beschriebenen langsamen Aktualisierungsgeschwindigkeit schnell wieder meinem aktuellen Projekt weichen. Auf der Suche nach einem Display, das schneller aktualisiert, als das E-Paper-Display darstellen kann, bin ich auf das hier beschriebene 2,4-Zoll-LCD-Display gestoßen. Trotz des höheren Stromverbrauchs im Vergleich zum E-Paper-Display bietet es den Vorteil einer schnelleren Aktualisierungsrate und ggf. auch Farbdarstellung, was es für verschiedene Projekte interessant macht.

Vorteile der LCD-Displays

Schnelle Aktualisierung: LCD-Displays haben eine deutlich schnellere Aktualisierungsrate im Vergleich zu E-Paper-Displays.
Farbdarstellung: Sie können Farben darstellen und eignen sich daher für Projekte, die eine Farbausgabe erfordern.
Höhere Komplexität: Sie ermöglichen die Darstellung komplexerer Inhalte und Animationen.

Nachteile der LCD-Displays

Höherer Energieverbrauch: LCD-Displays verbrauchen auch im Stand-by Energie, da sie ständig beleuchtet werden müssen.
Lesbarkeit bei Sonneneinstrahlung: Bei direkter Sonneneinstrahlung kann die Lesbarkeit beeinträchtigt sein.

Voraussetzungen und notwendige Hardware

Für dieses Projekt benötigst du:

Raspberry Pi (beliebige Version mit SPI-Port), in meinem Fall ein Raspberry Pi 4
Netzteil für deinen Raspberry Pi, ab dem 4er-Model mit einem USB-C Stecker
wenn du keinen Raspberry Pi 400 oder den Raspberry Pi nicht im Headless-Betrieb nutzen willst, brauchst du natürlich noch einen Monitor, eine Tastatur und eine Maus
2.4 Zoll LCD-Display Modul mit ILI9341 Treiber und SPI Unterstützung
ein Breadboard und entsprechende Kabel zum Testen, falls du noch keins hast, solltest du dir gleich ein entsprechendes Set zulegen
optional eine GPIO-Kabel-Erweiterungsplatine, da diese die Arbeit etwas erleichtert

Schritt-für-Schritt-Anleitung

Schritt 1: Hardware-Anschluss

Verbinde die Pins des 2,4-Zoll LCD Display Moduls mit den entsprechenden Anschlüssen deines Raspberry Pi.

Die folgende Abbildung mit fritzing zeigt den Anschluss an einem Raspberry Pi 4+.

Schritt 2: Aktivieren der SPI-Schnittstelle

In der Grundkonfiguration des Raspberry Pi mit dem Betriebssystem Raspberry Pi OS ist die SPI-Schnittstelle nicht aktiviert. Um sie zu aktivieren, öffnest du über das Terminal das Konfigurationstool (raspi-config) mit dem Befehl:

sudo raspi-config

1	sudo raspi-config

Im Konfigurationstool wählst du zuerst Punkt 3 (Interface Options), danach I4 (SPI) und bestätigst die Aktivierung mit <YES>.

Hauptmenü des Konfigurationstool - hier Punkt 3 auswählen.
Auswahl der SPI Schnittstelle
Bestätigung der Aktivierung der SPI-Schnittstelle

Nach einem Neustart des Raspberry Pi, kannst du in der config.txt Datei überprüfen, ob die Aktivierung der SPI-Schnittstelle erfolgreich war. Öffne dazu über das Terminal die config.txt Datei mit:

sudo nano /boot/config.txt

1	sudo nano /boot/config.txt

Bei dtparam=spi=on müsste nun die Kommentierung (#) entfernt sein und der entsprechende Block in der config.txt müsste bzw. könnte nun so aussehen:

# Uncomment some or all of these to enable the optional hardware interfaces
dtparam=i2c_arm=on
#dtparam=i2s=on
dtparam=spi=on

# Uncomment some or all of these to enable the optional hardware interfaces

dtparam=i2c_arm=on

#dtparam=i2s=on

dtparam=spi=on

Natürlich hättest du die Aktivierung auch gleich in der Datei machen können. 😉

Eine Übersicht über wichtige und häufig verwendete Befehle stelle ich dir auf einem kleinen Spickzettel für Raspberry Pi OS Befehle zur Verfügung.

Schritt 3: Installieren der Bibliotheken

Anmerkung vom 18.10.2023

Wie in meinem Beitrag “Ein Blick auf das Raspberry Pi OS “Bookworm”” zur neuen Version des Raspberry Pi OS Bookworm (Stand 10.10.2023) angemerkt, funktioniert die Einbindung von Python-Bibliotheken nicht mehr wie gewohnt und führt zu einem Fehler. Daher schon jetzt der Hinweis: Solltest du eine neuere Version des Raspberry Pi OS als Bullseye (Stand 03.05.2023) verwenden, musst du die hier verwendeten Bibliotheken anders einbinden.

Für die Nutzung des Displays mit Python ist die Installation entsprechender Bibliotheken notwendig. Im Gegensatz zu meinem Beitrag “E-Paper-Display am Raspberry Pi: Einrichtung und Programmierung des 1,54-Zoll Moduls unter Python” verwende ich hier nicht die von Waveshare zur Verfügung gestellte Bibliothek, sondern greife auf die von Adafruit zur Verfügung gestellte Bibliothek zurück. Diese setzt wiederum auf andere Bibliotheken auf, die du höchstwahrscheinlich schon installiert hast. Der Vollständigkeit halber habe ich alle notwendigen Abhängigkeiten und Schritte in den folgenden Befehlen aufgelistet, die du im Terminal deines Raspberry Pi ausführen musst:

sudo apt-get update
sudo apt-get install build-essential python-dev python-smbus python-pip python-imaging python-numpy git
sudo pip install RPi.GPIO

sudo apt-get update

sudo apt-get install build-essential python-dev python-smbus python-pip python-imaging python-numpy git

sudo pip install RPi.GPIO

Als Nächstes lädst und installierst du dir die von Adafruit zur Verfügung gestellten Bibliothek auf deinen Raspberry Pi und installierst diese.

cd ~
Git- Klon https://github.com/adafruit/Adafruit_Python_ILI9341.git
 cd Adafruit_Python_ILI9341
sudo python setup.py installieren

cd ~

Git- Klon https://github.com/adafruit/Adafruit_Python_ILI9341.git

cd Adafruit_Python_ILI9341

sudo python setup.py installieren

Schritt 4: Programmierung des Displays

Um nicht nur ein einfaches “Hello World” auszugeben und einen direkten Vergleich zum e-Paper-Display zu haben, ermittle ich in meinem kleinen Programmcode die IP-Adresse des Raspberry Pi im Netzwerk und gebe diese zusammen mit der aktuellen Uhrzeit und den gemessenen Sensordaten eines DHT22 Sensors aus. Den Aufbau bzw. die Einbindung des DHT-Sensors habe ich in dem bereits erwähnten Beitrag “OLED Display mit SSD1306 Controller in Verbindung mit einem DHT22 Sensor am Raspberry Pi mit Python verwenden” beschrieben.

#!/usr/bin/python
# coding=utf-8
# lcd-display.py
# Für 2.4 Zoll TFT Display mit ILI9341 Treiber
#------------------------------------------------------------
 
import os, sys, time, socket, logging, traceback


from PIL import Image,ImageDraw,ImageFont

import Adafruit_ILI9341 as TFT
import Adafruit_GPIO as GPIO
import Adafruit_GPIO.SPI as SPI


# Einbindung DHT22 Feuchtigkeits- und Temperatursensor
import Adafruit_DHT
 
# DHT22 Sensor einrichten
dhtSensorTyp = 22 # Typ 22 (weiß) - Typ 11 (blau)
dhtSensorGpio = 21 # an Pin 40 - GPIO 21 angeschlossen
dhtSensor_aktiv = True # angeschlossenen Sensor für Display aktivieren
dhtSensorTemperatur = "" # Temperaturwert
dhtSensorLuftfeuchtigkeit = "" # Luftfeuchtigkeitwert


# Raspberry Pi Konfiguration des Displays
DC = 25
RST = 27
SPI_PORT = 0
SPI_DEVICE = 0

# Schriftart festlegen
font = ImageFont.truetype("font/arial.ttf", 20)
fontdht = ImageFont.truetype("font/arial.ttf", 40)

#Debug Logging
logging.basicConfig(level=logging.DEBUG)

#Funktion zur Ermittlung der aktuellen Uhrzeit und des Datums
def aktuelleZeit(werta, wertb):
    zeitpunktMessung = time.localtime()
    jahr, monat, tag = zeitpunktMessung[0:3]
    stunde, minute, sekunde = zeitpunktMessung[3:6]
    systemUhrzeit = str(stunde).zfill(2) + ":" + str(minute).zfill(2) + ":" + str(sekunde).zfill(2)
    systemDatum = str(tag).zfill(2) + "." + str(monat).zfill(2) + "." + str(jahr)
    if werta == "time" and wertb == "date":
        ermittelteZeit = systemUhrzeit + " " + systemDatum
    elif werta == "date" and wertb == "time":
        ermittelteZeit = systemDatum + " " + systemUhrzeit
    elif werta == "time" and wertb == "":
        ermittelteZeit = systemUhrzeit
    elif werta == "date" and wertb == "":
        ermittelteZeit = systemDatum
    else:
        ermittelteZeit = zeitpunktMessung
    return ermittelteZeit


# Funktion um gedrehten Text auszugeben
def draw_rotated_text(image, text, position, angle, font, fill=(255,255,255)):
    textimage = Image.new('RGBA', (disp.width, disp.height), (0,0,0,0))
    textdraw = ImageDraw.Draw(textimage)
    textdraw.text((0,0), text, font=font, fill=fill)
    rotated = textimage.rotate(angle, expand=1)
    image.paste(rotated, position, rotated)


try:

    #Ermittlung der IP des Raspberry Pi
    s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    s.connect(("8.8.8.8", 80))
    print("ermittelte IP:", s.getsockname()[0])    
    

    # Erstellen Sie eine TFT-LCD-Anzeigeklasse
    disp = TFT.ILI9341(DC, rst=RST, spi=SPI.SpiDev(SPI_PORT, SPI_DEVICE, max_speed_hz=64000000))

    # Anzeige initialisieren
    disp.begin()

    # PIL-Draw-Objekt, um mit dem Zeichnen im Anzeigepuffer zu beginnen
    draw = disp.draw()

    print ("Beginne mit einer Dauerschleife")

    while True:

        # Display löschen
        disp.clear()

        draw_rotated_text(disp.buffer, "Meine IP-Adresse:" , (8, 80), 90, font, fill=(255,255,255))
        draw_rotated_text(disp.buffer, s.getsockname()[0] , (8, -90), 90, font, fill=(255,255,255))

        draw.line((35, 0, 35 , 320), fill=(255,255,255))
 
        luftfeuchtigkeit, temperatur = Adafruit_DHT.read_retry(dhtSensorTyp, dhtSensorGpio) 
        dhtSensorLuftfeuchtigkeit = '%6.2f' % luftfeuchtigkeit #Sensorwert auf 2 Dezimalstellen formatiert
        dhtSensorTemperatur = '%6.2f' % temperatur #Sensorwert auf 2 Dezimalstellen formatiert
        draw_rotated_text(disp.buffer, "DHT-Sensor:" , (45, -20), 90, font, fill=(255,255,255))
        draw_rotated_text(disp.buffer, "rF = " + dhtSensorLuftfeuchtigkeit + "%", (70, 35), 90, fontdht, fill=(0,255,255))
        draw_rotated_text(disp.buffer, "T = " + dhtSensorTemperatur + " °C" , (130, 40), 90, fontdht, fill=(0,255,255))
        draw.line((205, 0, 205 , 320), fill=(255,255,255))

        draw_rotated_text(disp.buffer, "Systemzeit: " , (215, 75), 90, font, fill=(255,255,255))
        draw_rotated_text(disp.buffer, aktuelleZeit("time", "date") , (215, -40), 90, font, fill=(255,255,255))

        #Ausgabe auf dem Display
        disp.display()
        #Pause von einer Sekunde
        time.sleep(1)

except IOError as e:
    logging.info(e)
    
except KeyboardInterrupt:    
    logging.info("ctrl + c:")
    exit()

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#!/usr/bin/python

# coding=utf-8

# lcd-display.py

# Für 2.4 Zoll TFT Display mit ILI9341 Treiber

#------------------------------------------------------------

import os, sys, time, socket, logging, traceback

from PIL import Image,ImageDraw,ImageFont

import Adafruit_ILI9341 as TFT

import Adafruit_GPIO as GPIO

import Adafruit_GPIO.SPI as SPI

# Einbindung DHT22 Feuchtigkeits- und Temperatursensor

import Adafruit_DHT

# DHT22 Sensor einrichten

dhtSensorTyp = 22 # Typ 22 (weiß) - Typ 11 (blau)

dhtSensorGpio = 21 # an Pin 40 - GPIO 21 angeschlossen

dhtSensor_aktiv = True # angeschlossenen Sensor für Display aktivieren

dhtSensorTemperatur = "" # Temperaturwert

dhtSensorLuftfeuchtigkeit = "" # Luftfeuchtigkeitwert

# Raspberry Pi Konfiguration des Displays

DC = 25

RST = 27

SPI_PORT = 0

SPI_DEVICE = 0

# Schriftart festlegen

font = ImageFont.truetype("font/arial.ttf", 20)

fontdht = ImageFont.truetype("font/arial.ttf", 40)

#Debug Logging

logging.basicConfig(level=logging.DEBUG)

#Funktion zur Ermittlung der aktuellen Uhrzeit und des Datums

def aktuelleZeit(werta, wertb):

zeitpunktMessung = time.localtime()

jahr, monat, tag = zeitpunktMessung[0:3]

stunde, minute, sekunde = zeitpunktMessung[3:6]

systemUhrzeit = str(stunde).zfill(2) + ":" + str(minute).zfill(2) + ":" + str(sekunde).zfill(2)

systemDatum = str(tag).zfill(2) + "." + str(monat).zfill(2) + "." + str(jahr)

if werta == "time" and wertb == "date":

ermittelteZeit = systemUhrzeit + " " + systemDatum

elif werta == "date" and wertb == "time":

ermittelteZeit = systemDatum + " " + systemUhrzeit

elif werta == "time" and wertb == "":

ermittelteZeit = systemUhrzeit

elif werta == "date" and wertb == "":

ermittelteZeit = systemDatum

else:

ermittelteZeit = zeitpunktMessung

return ermittelteZeit

# Funktion um gedrehten Text auszugeben

def draw_rotated_text(image, text, position, angle, font, fill=(255,255,255)):

textimage = Image.new('RGBA', (disp.width, disp.height), (0,0,0,0))

textdraw = ImageDraw.Draw(textimage)

textdraw.text((0,0), text, font=font, fill=fill)

rotated = textimage.rotate(angle, expand=1)

image.paste(rotated, position, rotated)

try:

#Ermittlung der IP des Raspberry Pi

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

s.connect(("8.8.8.8", 80))

print("ermittelte IP:", s.getsockname()[0])

# Erstellen Sie eine TFT-LCD-Anzeigeklasse

disp = TFT.ILI9341(DC, rst=RST, spi=SPI.SpiDev(SPI_PORT, SPI_DEVICE, max_speed_hz=64000000))

# Anzeige initialisieren

disp.begin()

# PIL-Draw-Objekt, um mit dem Zeichnen im Anzeigepuffer zu beginnen

draw = disp.draw()

print ("Beginne mit einer Dauerschleife")

while True:

# Display löschen

disp.clear()

draw_rotated_text(disp.buffer, "Meine IP-Adresse:" , (8, 80), 90, font, fill=(255,255,255))

draw_rotated_text(disp.buffer, s.getsockname()[0] , (8, -90), 90, font, fill=(255,255,255))

draw.line((35, 0, 35 , 320), fill=(255,255,255))

luftfeuchtigkeit, temperatur = Adafruit_DHT.read_retry(dhtSensorTyp, dhtSensorGpio)

dhtSensorLuftfeuchtigkeit = '%6.2f' % luftfeuchtigkeit #Sensorwert auf 2 Dezimalstellen formatiert

dhtSensorTemperatur = '%6.2f' % temperatur #Sensorwert auf 2 Dezimalstellen formatiert

draw_rotated_text(disp.buffer, "DHT-Sensor:" , (45, -20), 90, font, fill=(255,255,255))

draw_rotated_text(disp.buffer, "rF = " + dhtSensorLuftfeuchtigkeit + "%", (70, 35), 90, fontdht, fill=(0,255,255))

draw_rotated_text(disp.buffer, "T = " + dhtSensorTemperatur + " °C" , (130, 40), 90, fontdht, fill=(0,255,255))

draw.line((205, 0, 205 , 320), fill=(255,255,255))

draw_rotated_text(disp.buffer, "Systemzeit: " , (215, 75), 90, font, fill=(255,255,255))

draw_rotated_text(disp.buffer, aktuelleZeit("time", "date") , (215, -40), 90, font, fill=(255,255,255))

#Ausgabe auf dem Display

disp.display()

#Pause von einer Sekunde

time.sleep(1)

except IOError as e:

logging.info(e)

except KeyboardInterrupt:

logging.info("ctrl + c:")

exit()

Im Programm binde ich mit “font/arial.ttf” eine eigene Schriftart für das Display ein. Adafruit empfiehlt für weitere Schriftarten die Seite http://www.dafont.com/bitmap.php.

Fazit

Die Ansteuerung eines 2,4-Zoll-LCD-Displays mit einem Raspberry Pi ist zwar etwas energieintensiver als ein E-Paper-Display, ermöglicht aber eine farbige und dynamische Ausgabe und ist daher für viele Projekte die ideale Lösung.

Ich hoffe, diese Anleitung hilft dir bei deinem nächsten Projekt. Wenn du Fragen oder Anregungen hast, lass es mich in den Kommentaren wissen!

Bereitgestellte Dateien und Links

Die fritzing Projektdatei steht auch auf meiner fritzing Projektseite auf diesem Blog zum Download zur Verfügung.

Die Datei arial.ttf habe ich hier als arial.zip auf meinen Blog hochgeladen. In meinem Code liegt es im Ordner font im gleichen Verzeichnis wie die Programmdatei.

Wenn du dir das Abtippen oder Kopieren des Codes sparen möchtest, steht dir der Code als Textdatei zum Download bereit.

Gib im Terminal folgenden Befehl ein, dieser lädt die Textdatei herunter und speichert diese als Python-Datei ab.

wget -O lcd-display.py https://webnist.de/downloads/lcd-display.txt

1	wget -O lcd-display.py https://webnist.de/downloads/lcd-display.txt

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Als großer Fan des Raspberry Pi finde ich es spannend, wie man den kleinen Computer in Verbindung mit dem IoT und Smart Home nutzen kann. Deshalb behandeln viele Beiträge auch genau dieses Thema.

Ich bin ein leidenschaftlicher Leser und Fotograf. Wenn ich nicht gerade in einem spannenden Roman versinke, bin ich oft unterwegs, um die Schönheit der Welt mit meiner Kamera einzufangen und zu teilen.

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