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

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:04

Autor CameronCowardMoja lična web stranicaSlijedi Više od autora:

O: Pisac za Hackster.io, Hackaday.com i druge. Autor Idiotovih vodiča: 3D štampanje i Vodič za 3D modelovanje za početnike: Vodič za Autodesk Fusion 360. Više o CameronCoward -u »Projekti Fusion 360»

Pišem za život, a većinu svog radnog dana provodim sjedeći ispred svog 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 laptopa. Njegove najvažnije karakteristike su izuzetno dug vijek trajanja baterije (34+ sata tipkanja), mehanička tastatura i brzo pokretanje

FeatherQuill je izgrađen oko Raspberry Pi Zero W, koji je odabran zbog niske potrošnje energije. To pokreće DietPi kako bi OS bio što lakši. Kada je uključeno, automatski će učitati jednostavan tekstualni procesor zasnovan na terminalu pod nazivom WordGrinder. Vrijeme od uključivanja do kucanja je oko 20-25 sekundi.

Baterija se sastoji od osam 18650 litijum-jonskih baterija, od kojih svaka ima kapacitet od 3100mAh. Ukupni kapacitet je dovoljan da traje 34+ sata dok kucate. Namjenski hardverski prekidač omogućava 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.

Potrošni materijal:

• Raspberry Pi Zero W
• 18650 Baterija (x8)
• LiPo punjač
• 5 "LCD ekran osetljiv na dodir
• 60% mehanička tastatura
• Mali magneti
• Mikro USB adapter
• Nickel Strips
• USB C proširenje
• 3 mm umetci za grijanje
• M3 vijci
• 608 Ležajevi za skateboard
• Prekidači
• Kratki USB kabeli i HDMI kabel

Dodatni materijal koji vam može zatrebati:

• Stezaljke
• Gorivo ljepilo
• 3D niti štampača
• Solder Flux
• Žica

Alati:

• 3D štampač (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. Moj cilj je bio da mogu da ponesem FeatherQuill sa sobom na vikend putovanje i da imam dovoljno života da napišem nekoliko punih dana bez potrebe da ga punim. Mislim da sam to postigao. Ispod su različita mjerenja koja sam poduzeo i zaključci do kojih sam došao u vezi s vijekom trajanja baterije. Imajte na umu da 18650 baterijskih ćelija dolazi u različitim kapacitetima, a modeli koje sam koristio za ovaj projekt imaju svaki 3100mAh.

Mjerenja:

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

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

Sve uključeno (bez LED dioda na tastaturi): 2,7 W (5V 540mA)

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

USB hub isključen: 2,3 W (5V 460mA)

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

Raspi + tastatura: 1.35W ili 1.05W? (5V 270mA - 210mA, prosjek: 240mA)

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

Zaključci:

Raspi: 120mA

Tastatura: 80mA LCD

(minus pozadinsko osvjetljenje): 240mA

LCD pozadinsko osvetljenje: 100mA

LCD ukupno: 340mA

USB čvorište: Ne koristi se napajanje

Normalna upotreba: 5V 540mA U stanju pripravnosti

(Pozadinsko svjetlo isključeno): 5V 440mA

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

Trajanje baterije sa baterijom ćelije baterije 8 x 18650 3.7V 3100mAh (ukupno: 24, 800mAh):

Normalna upotreba: 34 sata u stanju pripravnosti

(Pozadinsko svjetlo isključeno): 41,5 sati

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

Dodatne informacije i objašnjenja:

Merenja su izvršena korišćenjem jeftinog monitora energije i verovatno nisu potpuno tačna ili precizna. Ali čitanja su dovoljno konzistentna da možemo pretpostaviti da su "dovoljno blizu" za naše potrebe.

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

Ova mjerenja su obavljena pri pokretanju DietPi -a (ne Raspberry Pi OS -a) sa isključenim WiFi -om i Bluetooth -om. Bluetooth pomoćni programi/usluge potpuno su uklonjeni.

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

Proces pokretanja troši više energije, jer je CPU turbo uključen. Povećava se za oko 40mA tokom 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. Da biste produžili trajanje baterije u stanju pripravnosti, bit će potreban prekidač za potpuno isključivanje napajanja LCD -a.

Tastatura takođe troši više energije nego što se očekivalo. Čak i kada 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 tastature imaju ozbiljan uticaj na potrošnju energije. Sve LED diode uključene pri maksimalnoj svjetlini povećavaju potrošnju energije za 130mA (za 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. To je dobar izbor ako se žele efekti, jer samo skraćuju trajanje baterije "Normalne upotrebe" za oko 1,5 sat.

LiPo baterija će vjerovatno sama trošiti određenu energiju i neće imati savršenu efikasnost, pa bi vijek trajanja baterije u "stvarnom svijetu" mogao biti manji od gore navedenih teoretskih brojeva.

Korak 2: CAD dizajn

Da bih osigurao ugodno kucanje, trebala mi je mehanička tastatura. Ovaj model čini 60%pa izostavlja numeričku tipkovnicu i udvostručuje mnoge tipke sa slojevima. Primarni deo tastature je iste veličine i izgleda kao i tipična tastatura. Mali LCD je odabran 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 osiguram da sve odgovara. 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 štampač je prosječne veličine, pa je svaki dio morao biti podijeljen na dva dijela tako da stanu na krevet. Polovine su spojene umetcima za toplinsku obradu M3 i vijcima M3, s Gorilla ljepilom u šavu za povećanje čvrstoće.

U donjoj polovini kućišta smještene su samo tastatura i baterije. Sve ostale komponente nalaze se na vrhu/poklopcu.

Kućište je dizajnirano tako da je tastatura pod uglom kada se otvori poklopac, kako bi se povećala udobnost pisanja. Mali magneti se koriste za držanje poklopca zatvorenim. Oni nisu jaki koliko bih želio i vjerovatno ću u budućnosti dizajnirati neku vrstu zasuna.

Korak 3: 3D štampanje kućišta

Nisam prvobitno namjeravao ići sa ovom shemom boja šećerne vune, ali mi je stalno nestajalo niti i na kraju sam završio ovo. Možete ispisati dijelove u bilo kojoj boji i materijalu koji vam se sviđa. Koristio sam PLA, ali bih preporučio korištenje PETG -a ako je moguće. PETG je jači i nije toliko sklon deformacijama pri toplini.

Morat ćete koristiti nosače za sve dijelove. Takođe 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 odlična za skrivanje linija slojeva.

Nakon što odštampate svoje dijelove, htjet ćete koristiti lemilicu za zagrijavanje uložaka za zagrijavanje. Tada ih možete samo gurnuti u veće rupe. Oni će otopiti plastiku dok ulaze, a zatim će se čvrsto držati na mjestu kada se plastika ohladi.

Dva donja dijela morat će se prvo zalijepiti zajedno. Polovicu šava namočite 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 očvrslo. 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 tastature

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

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

Korak 5: Postavljanje DietPi i WordGrinder

Umjesto da koristim Raspberry Pi OS, izabrao sam DietPi. Lakši je i brže se podiže. Nudi i nekoliko mogućnosti prilagođavanja koje mogu pomoći u smanjenju potrošnje energije (poput lakog isključivanja bežičnog adaptera). Ako želite, možete koristiti Raspberry Pi OS-čak i punu verziju za računare 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 se može onemogućiti putem alata za konfiguraciju DietPi. Sve ostalo radi približno isto kao i sa Raspberry Pi. Predlažem da proguglate vodiče o onemogućavanju Bluetooth -a 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-istražite svoje istraživanje

U redu, s tim da se ovo skloni s puta, ovako sam sastavio bateriju. Preporučuje se da zavarite spojeve baterije, ali ja nisam imao aparat za zavarivanje 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 pokušati napuniti jedni druge kako bi uravnotežili napon s lošim rezultatima.

Počnite tako što ćete pohabati priključke na svakom kraju baterija. Za to sam koristio Dremel sa 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 povezani, 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 sa svake strane. 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 kompleta od četiri baterije lemljene sa svojim niklovim trakama, možete koristiti žicu (18AWG ili više) za ponovno povezivanje dvije baterije: 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: Sklapanje elektronike

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

Sa gornje strane, LCD bi trebao čvrsto sjediti (provjerite je li prekidač za pozadinsko osvjetljenje uključen!). USB-C produživač je pričvršćen na mjesto pomoću isporučenih vijaka. LiPo ploča za punjenje se drži na mjestu vrućim ljepilom. Postavite ga kako biste bili sigurni da se dugme može pritisnuti i da je ekran vidljiv kroz prozor na LCD poklopcu. Raspberry Pi staje 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 USB-A kraj 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 se na LCD zaslonu.

Korak 8: Završna montaža

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

Dvostrukim pritiskom na dugme 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 za tastaturu da biste saznali kako kontrolirati različite LED efekte. Preporučujem korištenje minimalne svjetline i jednog od suptilnijih efekata za očuvanje baterije.

Nakon prvog spremanja dokumenta, WordGrinder će se nakon toga automatski spremiti. WordGrinder ima jednostavno sučelje, ali ima mnogo prečica. Pročitajte njegove dokumente da biste saznali više o tome kako funkcionira. Datoteke se mogu prenijeti na vanjski računar putem SSH veze-samo ponovo uključite WiFi adapter kada trebate prenijeti dokumente.

To je to! Ako vam se svidio ovaj projekat, razmislite o tome da glasate za njega na takmičenju "Napajanje na baterije". Uložio sam mnogo rada u dizajniranje FeatherQuilla i imam ideju da dizajniram sličan uređaj sa 2-3 puta većom baterijom. Pratite me ovdje kako biste bili u toku sa mojim projektima!

Druga nagrada u takmičenju na baterije