Willkommen in der Welt der digitalen Tinte! Heute schauen wir uns ein besonderes Bauteil für Bastler und Tüftler an: Ein 1,54 Zoll großes E-Paper (auch E-Ink) Modul in der Revision 2.1, das nicht nur Schwarz und Weiß, sondern auch Rot und Gelb darstellen kann. Und die 27 x 27 mm Darstellung bleibt anschließend weiterhin so, auch wenn kein Strom mehr anliegt. Ideal für Ansichten die nur selten geändert werden.
Wie funktioniert eigentlich ein normales E-Ink Display?
Die Technik dahinter nennt man Elektrophorese. Stell dir Millionen winziger Mikrokapseln vor, die so dünn sind wie ein menschliches Haar. In diesen Kapseln schwimmen in einer klaren Flüssigkeit winzige Farbpigmente:
- Weiße Teilchen sind positiv geladen.
- Schwarze Teilchen sind negativ geladen.
Legt man nun ein elektrisches Feld an, wandern die Teilchen je nach Ladung nach oben (sichtbar) oder nach unten (unsichtbar). Das Geniale: Einmal oben angekommen, bleiben sie dort auch ohne Strom haften. Deshalb verbraucht ein E-Paper nur Energie, wenn sich das Bild ändert – es ist bistabil.
Und wie kommen die 4 Farben ins Spiel?
Bei meinem neuen Modul (G-Serie) wird es etwas komplexer. Statt nur zwei gibt es nun vier Arten von Pigmenten: Schwarz, Weiß, Rot und Gelb.
Damit das funktioniert, nutzt der Controller einen Trick bei der Ansteuerung:
- Verschiedene Spannungen: Die Teilchen reagieren unterschiedlich schnell auf verschiedene elektrische Spannungsstärken.
- 2-Bit-Adressierung: Da wir vier Zustände brauchen, reicht ein Bit (0 oder 1) nicht mehr aus. Das System nutzt 2 Bit pro Bildpunkt (Pixel), um dem Controller zu sagen, welche Farbe an welche Stelle wandern soll.
- Hinweis: Das ist auch der Grund, warum der Bildaufbau bei 4 Farben mit ca. 15–20 Sekunden deutlich länger dauert als bei Schwarz-Weiß-Displays. Die „schwereren“ farbigen Pigmente brauchen einfach mehr Zeit, um sich im „Ölbad“ zu sortieren.
Testaufbau
Hardware:
Waveshare 1.54inch e-Paper Module (G), 200×200
Arduino Uno R4 Wifi
Der Verdrahtungsplan (Arduino R4 WiFi)
Dank der Revision 2.1 (Rev 2.1) des E-Ink Moduls könnte es direkt mit den 5V des Arduino Uno R4 betreiben werden, da ein vorhandener Pegelwandler (Level Shifter) die Signale auf 3,3V umsetzt. Wenn ihr die Revisionsnummer eures Modules nicht kennt, besser kein Risiko eingehen und direkt an 3,3V anschließen, geht auch.
| Display-Pin | Arduino Uno R4 Pin | Beschreibung |
| VCC | 3,3V oder 5V | Stromversorgung |
| GND | GND | Masse |
| DIN | D11 (COPI) | Controller Out Peripheral In (Datenleitung) |
| CLK | D13 (SCK) | Serial Clock (Taktleitung) |
| CS | D10 | Chip Select (Aktivierung des Displays) |
| DC | D9 | Data / Command (Daten oder Befehl) |
| RST | D8 | Reset (Hardware-Neustart) |
| BUSY | D7 | Rückmeldung: „Ich bin gerade beschäftigt“ |
Anfängliche Probleme
Der Betrieb dieses speziellen Displays am Arduino R4 WiFi bringt zwei technische Besonderheiten mit sich, die in diesem Code gelöst sind:
- Auflösungs-Mapping: Ging anfangs davon aus das das Panel physisch 152×152 Pixel groß ist, erwartet der verbaute Controller doch eine Adressierung von 200×200 Pixeln.
- Farbtiefe (2-Bit): Im Gegensatz zu herkömmlichen Schwarz-Weiß-Displays (1-Bit) benötigt dieses Modell 2 Bits pro Pixel, um vier Farben darzustellen. Dies erfordert eine spezielle Pufferberechnung und die Nutzung der Paint_SetScale(4) Funktion.
Der fertige Code auf GitHub
Notwendige Bibliotheken und weitere Details habe ich von Waveshare e-Paper GitHub Repository.
Ich habe die Hürden bei der Speicherberechnung und der Adressierung gelöst und den Code für euch dokumentiert. Ihr könnt ihn direkt in Visual Studio Code (VS Code) mit PlatformIO (PIO) nutzen.
Den vollständigen Code und die Anleitung findet ihr in meinem GitHub-Repository:
👉 github.com/prilchen/4Farb_E_Ink_Arduino_uno_R4
Viel Spaß beim Nachbauen und Experimentieren!
Teil 2: Smarte Wetteranzeige auf 4 Farb-Display mit ESP32
Wie in der Februarausgabe angekündigt, hier nun eine sehr Energie sparende FireBeetle2 ESP32-C6 Version, die von der Funktion sehr ähnlich ist und daher nur ergänzende Informationen hierzu:
Hardware:
1x Waveshare 4 Color E-Ink
1x FireBeetle 2 – ESP32-C6 DFR1075
1x Akku: Ein passender LiPo-Akku 3,7V, 2000mA mit JST PH2 Anschluss (z.B. von EEMB).
Beim bestellen und vor dem Anschließen des LiPo Akku unbedingt auf die Polung achten, da es hier keine einheitliche Normung gibt.
Also beim Kauf von Akku sollte Links Rot und rechts schwarzes Kabel anliegen.
Bessere Orientierung bietet der Belegungsplan Firebeetle 2.
| 4 Color E-Paper Pin | FireBeetle ESP32-C6 Pin |
|---|---|
| VCC | 3,3V |
| GND | GND |
| DIN (MOSI) | GPIO 22 |
| CLK (SCK) | GPIO 23 |
| CS | GPIO 8 |
| DC | GPIO 14 |
| RST | GPIO 1 |
| BUSY | GPIO 18 |
Quellcode für VS Code auf GitHub:
FireBettle2_ESP32-C6_4_color_EPaper_Calender
Weitere Details siehe ESP32 Projekt: Smart Weather E-Paper Display – Prilchen Laps
Fazit:
Der FireBeetle 2 ESP32‑C6 erreicht seine hohe Energieeffizienz, weil er dank Deep Sleep Befehl esp_sleep_enable_timer_wakeup(3600ULL * 1000000ULL)
nur einmal pro Stunde kurz aufwacht, seine Daten aus dem Internet lädt und das E‑Paper aktualisiert.
Während der restlichen Zeit verbleibt er im Tiefschlaf, wo sein Verbrauch auf wenige Mikroampere sinkt.
Das E‑Paper Modul mit seinem 27 x 27mm großen Display selbst benötigt zwischen den Aktualisierungen gar keinen Strom, was den Gesamtverbrauch weiter minimiert.
Dadurch kann das System problemlos mehrere Wochen mit einer einzigen Akkuladung laufen, wie mein aktueller Vier‑Wochen‑Betrieb zeigt.
Mal schauen wann ich die smarte Wetteranzeige wieder an das Ladegerät anschließen muss.
Wenn du den Aktualisierungsintervall verlängerst wären sogar noch längere Laufzeiten erreichbar.
Energieeffizienz – Update vom 01.07.2026
Die erste vollständige Akkuladung (2000 mAh LiPo), gestartet am 12.02.2026, lief bis zum 01.07.2026 durch.
In meinem Langzeittest hat der Aufbau mit dem 4-Farben E-Paper Display im Durchschnitt etwa 15 Milliamperestunden (mAh) pro Tag verbraucht und lief damit stolze 140 Tage. Aber geht diese gemessene Energie wirklich komplett an den Mikrocontroller und das Display?
Die Antwort ist: Nein. Ein oft übersehener Faktor bei solchen Projekten ist die natürliche Selbstentladung des Stromspeichers. Das ist der Energieverlust, der von ganz allein durch chemische Prozesse im Inneren passiert, selbst wenn gar kein Bauteil aktiv Strom zieht.
Für dieses Projekt habe ich einen Lithium-Polymer (LiPo) Akku mit einer Kapazität von 2000 Milliamperestunden (mAh) verwendet. Allgemeine technische Erfahrungswerte zeigen, dass herkömmliche Standard-Akkus dieses Typs in der Regel eine Selbstentladungsrate von etwa 4 Prozent pro Monat haben. Zwar gibt es mittlerweile spezielle Zellen für die Industrie, die diesen Wert massiv unterbieten (teilweise auf unter 0,4 Prozent im Monat), aber für die typischen Akkus aus unserer Bastelkiste sind die 4 Prozent ein realistischer und verlässlicher Richtwert zum Rechnen.
Rechnen wir das für unser Projekt einmal nach: 4 Prozent von 2000 Milliamperestunden (mAh) bedeuten einen Verlust von 80 Milliamperestunden (mAh) im Monat. Teilt man diesen Wert durch 30 Tage, kommen wir auf etwas mehr als 2,6 Milliamperestunden (mAh) pro Tag.
Das bedeutet faktisch: Rund ein Sechstel des täglich von uns gemessenen Stromverbrauchs (die 15 mAh) entsteht rein durch die Selbstentladung der Batterie. Das Display und der Mikrocontroller verbrauchen also in Wirklichkeit noch etwas weniger Strom als gedacht.
Ein Blick auf andere Stromspeicher für Bastler Für uns Bastler und Tüftler ist es enorm wichtig, die richtige Stromquelle für ein Projekt auszuwählen. Hier sind einige belegbare technische Fakten zu anderen Batterietypen im Vergleich:
- Vorgestellter Bastler-Akku: Handelsübliche Lithium-Polymer (LiPo) Akkus, wie der hier im Projekt verwendete, haben eine Selbstentladung von rund 4 Prozent im Monat. Zwar gibt es spezielle Industrie-Zellen, die extrem niedrige Werte von unter 0,4 Prozent im Monat erreichen, für unsere alltäglichen Projekte aus der Bastelkiste sind die 4 Prozent aber ein realistischer und verlässlicher Richtwert zum Rechnen.
- Der Standard-Akku: Klassische Nickel-Metallhydrid (NiMH) Akkus (wie man sie oft als AA oder AAA Format kauft) haben eine extrem hohe Selbstentladung von rund 25 Prozent im Monat. Für Langzeitprojekte sind sie daher völlig ungeeignet.
- Der verbesserte Akku: Moderne Nickel-Metallhydrid (NiMH) Akkus mit dem Zusatz „LSD“ (das steht für Low Self-Discharge, was übersetzt geringe Selbstentladung bedeutet) verlieren im Vergleich dazu nur realistische 2 Prozent ihrer Energie pro Monat.
- Der Ausdauer-König: Spezielle Einweg-Batterien, wie zum Beispiel Lithium-Eisensulfid (Li-FeS2), glänzen mit extrem niedrigen Werten von nur 0,1 Prozent Verlust im Monat. Diese eignen sich perfekt für Sensoren, die über viele Jahre komplett ohne Wartung laufen müssen.
Übersicht: Selbstentladung verschiedener Stromspeicher im Vergleich
Damit ihr bei euren eigenen Aufbauten schnell den passenden Energiespeicher findet, fasst diese Tabelle die wichtigsten Fakten zusammen:
| Kategorie | Zelltyp (Chemische Zusammensetzung) | Speicherart | Selbstentladung pro Monat | Eignung für Langzeit-Projekte |
| Standard-Batterie | Alkali-Mangan (Alkaline) | Einweg-Batterie (nicht aufladbar) | ca. 0,5 % | Befriedigend (Besser als Standard-Akkus, aber das Risiko des Auslaufens von Kalilauge besteht) |
| Standard-Akku | Nickel-Metallhydrid (NiMH) | Akkumulator (wiederaufladbar) | ca. 25 % | Ungenügend |
| Verbesserter Akku | Nickel-Metallhydrid (NiMH LSD – Low Self-Discharge / geringe Selbstentladung) | Akkumulator (wiederaufladbar) | ca. 2 % | Gut |
| Ausdauer-König | Lithium-Eisensulfid (Li-FeS2) | Einweg-Batterie (nicht aufladbar) | ca. 0,1 % | Hervorragend (Wartungsfrei) |
| Standard Bastler-Akku | Lithium-Polymer (LiPo) | Akkumulator (wiederaufladbar) | ca. 4 % | Sehr gut (für Displays & Mikrocontroller) |
| Industrie Spezial-Akku | Lithium-Polymer (LiPo) | Akkumulator (wiederaufladbar) | < 0,4 % | Hervorragend (aber oft schwerer zu beschaffen) |