FeatherQuill - 34+ sati pisanja bez smetnji: 8 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:31

Autor CameronCowardMoja osobna web stranicaSlijedi Više od autora:

O: Pisac za Hackster.io, Hackaday.com i druge. Autor Idiotovih vodiča: 3D ispis i vodič za 3D modeliranje za početnike: Vodič za Autodesk Fusion 360. Više o CameronCowardu »Fusion 360 projekti»

Pišem za život i većinu svog radnog dana provodim sjedeći ispred stolnog računala dok izvlačim članke. Napravio sam FeatherQuill jer sam želio zadovoljavajuće iskustvo tipkanja čak i kad sam vani. Ovo je namjenski procesor teksta, bez smetnji, u stilu prijenosnog računala. Najvažnije značajke su izuzetno dugo trajanje baterije (34+ sata tipkanja), mehanička tipkovnica i brzo pokretanje

FeatherQuill izgrađen je oko Raspberry Pi Zero W, koji je odabran zbog niske potrošnje energije. Radi se o programu DietPi kako bi OS bio što lakši. Kad je uključen, automatski će učitati jednostavan tekstualni procesor temeljen na terminalu pod nazivom WordGrinder. Vrijeme od uključivanja do tipkanja je oko 20-25 sekundi.

Baterija se sastoji od osam 18650 litij-ionskih baterija, od kojih svaka ima kapacitet od 3100mAh. Ukupni kapacitet dovoljan je da traje 34+ sata tijekom tipkanja. Namjenski hardverski prekidač omogućuje isključivanje LCD -a u "standby" modu. U stanju pripravnosti Raspberry Pi će nastaviti raditi kao i obično, a baterija može izdržati više od 83 sata.

Pribor:

• Malina Pi Zero W
• 18650 Baterijske ćelije (x8)
• LiPo punjač
• 5 "LCD zaslon osjetljiv na dodir
• 60% mehanička tipkovnica
• Mali magneti
• Mikro USB adapter
• Niklove trake
• USB C proširenje
• 3 mm umetci za grijanje
• M3 vijci
• 608 Ležajevi za skateboard
• Prekidači
• Kratki USB kabeli i HDMI kabel

Dodatne potrepštine koje će vam možda trebati:

• Stezaljke
• Ljepilo Gorilla
• 3D niti pisača
• Lemni fluks
• Žica

Alati:

• 3D pisač (koristio sam BIBO)
• Lemilica (ovo je moje)
• Pištolj za vruće ljepilo (ovako)
• Odvijači
• Šesterokutni/imbus ključevi
• Datoteke
• Dremel (nije potrebno, ali pomaže pri obrezivanju/čišćenju po potrebi)

Korak 1: Potrošnja energije i vijek trajanja baterije

Za ovaj projekt, trajanje baterije mi je bilo najvažniji faktor. Cilj mi je bio moći sa sobom ponijeti FeatherQuill na vikend i imati dovoljno života da napišem nekoliko punih dana, a da ga ne moram puniti. Mislim da sam to postigao. Dolje su navedena različita mjerenja i zaključci o trajanju baterije. Imajte na umu da 18650 baterijskih ćelija dolazi u različitim kapacitetima, a modeli koje sam koristio za ovaj projekt su svaki 3100mAh.

Mjerenja:

Samo LCD: 1,7 W (5V 340mA)

Samo LCD (pozadinsko osvjetljenje isključeno): 1,2 W (5V 240mA)

Sve uključeno (bez LED tipkovnice): 2,7 W (5V 540mA)

Isključena tipkovnica: 2,3 W (5V 460mA)

USB hub isključen: 2,3 W (5V 460mA)

Samo Raspi: 0,6 W (5V 120mA)

Raspi + tipkovnica: 1,35 W ili 1,05 W? (5V 270mA - 210mA, prosjek: 240mA)

Sve spojeno (pozadinsko osvjetljenje isključeno): 2,2 W (5V 440mA)

Zaključci:

Raspi: 120mA

Tipkovnica: 80mA LCD

(minus pozadinsko osvjetljenje): 240mA

LCD pozadinsko osvjetljenje: 100mA

LCD ukupno: 340mA

USB čvorište: Ne koristi se napajanje

Normalna upotreba: 5V 540mA U stanju pripravnosti

(Pozadinsko osvjetljenje isključeno): 5V 440mA

Stanje čekanja (LCD potpuno isključen): Očitavanja su nedosljedna, ali 5V ~ 220mA

Trajanje baterije s baterijom ćelije 8 x 18650 3,7V 3100mAh (ukupno: 24, 800mAh):

Uobičajena upotreba: 34 sata u stanju pripravnosti

(Pozadinsko osvjetljenje isključeno): 41,5 sati

Stanje čekanja (LCD potpuno isključen): 83,5 sati

Dodatne informacije i objašnjenja:

Mjerenja su izvršena pomoću jeftinog monitora energije i vjerojatno nisu u potpunosti točna ili precizna. No očitanja su dovoljno dosljedna da možemo pretpostaviti da su "dovoljno blizu" za naše potrebe.

Sve radi na 5V (nominalno). Napajanje za testiranje dolazilo je iz standardnog USB napajanja za zidne bradavice. Napajanje za stvarnu izgradnju dolazit će iz 18650 LiPo baterije putem LiPo ploče za punjenje/pojačavanje.

Ta su mjerenja poduzeta tijekom rada s programom DietPi (ne Raspberry Pi OS) s onemogućenim WiFi -om i Bluetooth -om. Bluetooth pomoćni programi/usluge u potpunosti su uklonjeni.

Čini se da postavka CPU -a "Power Save" za DietPi nema nikakvog učinka.

Postupak podizanja sustava troši više energije jer je uključen CPU turbo. Povećava se za oko 40mA tijekom pokretanja.

Vrijeme pokretanja, od napajanja do programa WordGrinder, je oko 20 sekundi.

Čini se da sam WordGrinder ne troši nikakvu dodatnu energiju.

Potrošnja energije LCD ekrana je iznenađujuća. Obično je pozadinsko osvjetljenje odgovorno za većinu potrošnje energije. U ovom slučaju, međutim, pozadinsko osvjetljenje je odgovorno za manje od 1/3 potrošnje energije. Kako bi se produžilo trajanje baterije u stanju pripravnosti, bit će potreban prekidač za potpuno isključivanje napajanja LCD -a.

Tipkovnica također crpi više energije nego što se očekivalo. Čak i kad je Bluetooth isključen s ugrađenim prekidačem za napajanje, baterija je isključena (kako bi se izbjeglo korištenje energije za punjenje), a LED diode isključene, i dalje troši 80mA. LED diode tipkovnice imaju ozbiljan utjecaj na potrošnju energije. Sve LED diode uključene pri maksimalnoj svjetlini povećavaju potrošnju energije za 130mA (ukupno 210mA). Sve LED diode uključene pri minimalnoj svjetlini povećavaju potrošnju energije za 40mA. Konzervativniji LED efekti, pri minimalnoj svjetlini, mogu potrošiti bilo gdje od praktički ništa do oko 20mA. Oni su dobar izbor ako se žele učinci, jer samo smanjuju trajanje baterije "Normalne uporabe" za oko 1,5 sati.

Baterija LiPo vjerojatno će sama trošiti određenu energiju i neće imati savršenu učinkovitost, pa bi vijek trajanja baterije u "stvarnom svijetu" mogao biti manji od gore navedenih teoretskih brojki.

Korak 2: CAD dizajn

Kako bih osigurala ugodno tipkanje, trebala mi je mehanička tipkovnica. Ovaj model čini 60%, pa izostavlja numeričku tipkovnicu i udvostručuje mnoge tipke sa slojevima. Primarni dio tipkovnice iste je veličine i izgleda kao i tipična tipkovnica. Odabran je mali LCD kako bi se smanjila potrošnja energije.

Počeo sam skiciranjem osnovnog dizajna, a zatim prešao na CAD modeliranje u Autodesk Fusion 360. Morao sam proći kroz nekoliko revizija kako bih kućište učinio što kompaktnijim, a da pritom sve stane. Tijekom procesa napravljeno je nekoliko izmjena. Neki od njih se ne odražavaju na fotografijama jer sam napravio izmjene nakon ispisa, ali su prisutni u STL datotekama

Moj 3D pisač je prosječne veličine, pa je svaki dio morao biti podijeljen na dva dijela kako bi stali na krevet. Polovice su spojene umetcima za zagrijavanje M3 i vijcima M3, s Gorilla ljepilom u šavu za povećanje čvrstoće.

Samo tipkovnica i baterije smještene su u donjoj polovici kućišta. Sve ostale komponente nalaze se na vrhu/poklopcu.

Kućište je dizajnirano tako da je tipkovnica pod kutom kada se otvori poklopac, kako bi se povećala udobnost tipkanja. Mali magneti služe za držanje poklopca zatvorenim. Oni nisu jaki koliko bih želio i vjerojatno ću u budućnosti dizajnirati neku vrstu zasuna.

Korak 3: 3D ispis kućišta

Nisam izvorno namjeravao ići s ovom shemom boja šećerne vune, ali mi je stalno nestajalo niti i tako sam završio. Dijelove možete ispisati u bilo kojoj boji i materijalu. Koristio sam PLA, ali bih preporučio korištenje PETG -a ako je moguće. PETG je jači i nije toliko sklon deformaciji pri toplini.

Morat ćete koristiti nosače za sve dijelove. Također toplo preporučujem korištenje Curinih postavki "Fuzzy" pri niskoj vrijednosti (debljina: 0,1, gustoća: 10). To će površinama dijelova dati lijepu teksturiranu završnu obradu koja je izvrsna za skrivanje linija slojeva.

Nakon što ste ispisali svoje dijelove, željet ćete koristiti lemilicu za zagrijavanje umetaka za podešavanje topline. Tada ih možete samo gurnuti u veće rupe. Otopit će plastiku dok ulaze, a zatim će se čvrsto držati na mjestu nakon što se plastika ohladi.

Dva donja dijela morat će se prethodno zalijepiti. Namočite polovicu šava vodom, a zatim na drugu polovicu šava dodajte tanki sloj Gorilla ljepila. Zatim čvrsto uvrnite dva vijka M3. Stezaljkama držite dva dijela zajedno i obrišite višak ljepila. Ostavite stezaljke na mjestu 24 sata kako biste bili sigurni da je ljepilo potpuno stvrdnuto. Zatim umetnite ležajeve u rupe.

Ponovit ćete ovaj postupak s gornjim dijelovima, ali ih morate umetnuti u ležajeve prije lijepljenja/pričvršćivanja dijelova. Nećete moći rastaviti dva dijela nakon što ih spojite.

Korak 4: Izmjena LCD -a i tipkovnice

Ovaj LCD zaslon je dizajniran da bude zaslon osjetljiv na dodir (funkcije koje ne koristimo) i ima stražnji ženski pin zaglavlje za povezivanje s GPIO pinovima Raspberry Pi. To zaglavlje dramatično povećava debljinu LCD ekrana pa mora otići. Nisam mogao pristupiti da ga sigurno odspojim, pa sam ga jednostavno prekinuo Dremelom. Očigledno, ovo poništava vaše jamstvo za LCD …

Tipkovnica ima sličan problem, zahvaljujući prekidaču za Bluetooth čip. Ne koristimo Bluetooth i dramatično povećava potrošnju energije. Nakon što izvadite tipkovnicu iz kućišta (vijci su skriveni ispod tipki), možete upotrijebiti vrući zrak ili lemilicu za jednostavno odvajanje tog prekidača.

Korak 5: Postavljanje DietPi i WordGrinder

Umjesto korištenja Raspberry Pi OS -a, odlučio sam koristiti DietPi. Laganiji je i brže se podiže. Nudi i nekoliko mogućnosti prilagodbe koje mogu pomoći u smanjenju potrošnje energije (poput jednostavnog isključivanja bežičnog adaptera). Ako želite, možete koristiti Raspberry Pi OS-čak i punu verziju za stolna računala ako želite.

Detaljna uputstva za instalaciju DietPi-a dostupna su ovdje:

Zatim možete instalirati WordGrinder:

sudo apt-get install wordgrinder

Ako želite da automatski pokrene WordGrinder, jednostavno dodajte naredbu "wordgrinder" u svoju.bashrc datoteku.

WiFi adapter može se onemogućiti putem alata za konfiguraciju DietPi. Sve ostalo radi približno isto kao i s Raspberry Pi. Predlažem da proguglate vodiče o onemogućavanju Bluetootha i povećanju veličine fonta terminala (ako vam je premali).

Korak 6: Baterija za lemljenje

Prije nego nastavim s ovim odjeljkom, moram vam dati odricanje od odgovornosti:

Li-ion baterije su potencijalno opasne! Mogu se zapaliti ili eksplodirati! Nisam ni najmanje odgovoran ako se ubijete ili zapalite svoju kuću. Ne vjerujte mi na riječ kako to sigurno učiniti-napravite svoje istraživanje

U redu, s tim da mi ovo ne uspije, ovako sam sastavio bateriju. Preporučuje se da zavarite spojeve akumulatora na licu mjesta, ali ja nisam imao točkasti zavarivač pa sam ih lemio.

Prije nego što učinite bilo što drugo, morate se uvjeriti da sve vaše baterije imaju isti napon. Ako to ne učine, u osnovi će se pokušati međusobno napuniti kako bi uravnotežili napon s lošim rezultatima.

Počnite tako što ćete pohabati priključke na svakom kraju baterija. Za to sam koristio Dremel s brusnim papirom. Zatim ih postavite na mjesto kako biste osigurali pravilan razmak. Uvjerite se da su svi okrenuti u istom smjeru! Paralelno ih ožičujemo, tako da će svi pozitivni terminali biti spojeni, a svi negativni terminali će biti spojeni. Koristite malo vrućeg ljepila između baterija kako biste zadržali razmak (ali nemojte ih lijepiti za kućište).

Premažite svaki terminal tankim slojem fluksa, a zatim postavite trake od nikla na vrh kako biste spojili stezaljke. Koristio sam 1,5 trake po strani. Upotrijebite najveći vrh koji vaše lemilica može prihvatiti i pojačajte toplinu što je više moguće. Zatim zagrijte svaki terminal i nikl traku istovremeno, primjenjujući veliku količinu lemljenja. Cilj je izbjeći pregrijavanje baterija dodirom s lemilicom što je moguće kraće. Samo provjerite da li lem pravilno teče preko terminala i niklovane trake, a zatim uklonite toplinu.

Nakon što su vaša dva seta od četiri baterije lemljene sa svojim niklovim trakama, možete upotrijebiti žicu (18AWG ili više) za ponovno povezivanje dviju jedinica: pozitivne na pozitivne i negativne na negativne. Zatim lemite dvije žice veće duljine na priključke na jednom kraju baterije i provucite ih kroz otvor. To je ono što će napajati LiPo ploču za punjenje.

Korak 7: Sastavljanje elektronike

Ovo bi postavljanje trebalo biti prilično jednostavno. Postavite tipkovnicu na mjesto i pomoću izvornih vijaka pričvrstite je na nosače. Na suprotnoj strani (u pretincu za baterije), priključite USB-C kabel i provucite ga kroz otvor koji ide do poklopca.

Na vrhu, LCD bi trebao čvrsto sjediti (provjerite je li prekidač za pozadinsko osvjetljenje uključen!). Proširivač USB-C je pričvršćen na mjesto pomoću isporučenih vijaka. LiPo ploča za punjenje drži se na mjestu vrućim ljepilom. Postavite ga kako biste bili sigurni da se gumb može pritisnuti i da je zaslon vidljiv kroz prozor na LCD zaslonu. Raspberry Pi stane na jezičke, a malo vrućeg ljepila će ga učvrstiti.

USB kabel može se provesti s desnog izlaza LiPo ploče na Raspberry Pi. Nemamo mjesta za USB utikač na lijevom izlazu, koji se koristi za LCD. Odrežite kraj USB-A kabela i uklonite zaštitu. Potrebne su vam samo crvena (pozitivna) i crna (negativna) žice. Pozitivna žica će prolaziti kroz gornja dva priključka prekidača. Tada će vaše negativne i pozitivne žice morati biti lemljene na lijevi USB izlaz na LiPo ploči. Krajnji lijevi pin je pozitivan, a krajnji desni pin je uzemljen (negativan).

Zatim samo vrućim ljepilom držite sve svoje žice na mjestu kako bi bile što je moguće "ravne" i ne gurale van na LCD zaslonu.

Korak 8: Završna montaža

Sada sve što trebate učiniti je zašrafiti poklopce LCD-a na gornju stranu-na vrhu su jezičci za postavljanje poklopca kako bi LCD držali na mjestu-a poklopci za baterije na dno.

Dvostrukim pritiskom na gumb LiPo ploče uključit ćete napajanje. Ako ga držite, isključit će se napajanje. Prekidač vam omogućuje neovisno upravljanje napajanjem LCD -a i odličan je za uštedu energije kada zapravo ne tipkate. Svakako pročitajte priručnik tipkovnice da biste saznali kako kontrolirati različite LED efekte. Preporučujem korištenje minimalne svjetline i jednog od suptilnijih efekata za očuvanje baterije.

Nakon što prvi put spremite dokument, WordGrinder će se nakon toga automatski spremiti. WordGrinder ima jednostavno sučelje, ali mnogo prečaca. Pročitajte njegove dokumente da biste saznali više o tome kako radi. Datoteke se mogu prenijeti na vanjsko računalo putem SSH veze-samo ponovo uključite WiFi adapter kada trebate prenijeti dokumente.

To je to! Ako vam se svidio ovaj projekt, razmislite o glasovanju za njega na natječaju "Napajanje na baterije". Uložio sam mnogo rada u projektiranje FeatherQuilla i imam ideju dizajnirati sličan uređaj s 2-3 puta većom baterijom. Pratite me ovdje kako biste bili u toku s mojim projektima!

Druga nagrada u natjecanju na baterije