FeatherQuill - Hơn 34 giờ viết không phân tâm: 8 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:30

Bởi CameronCowardTrang web cá nhân của tôiTheo dõi thêm của tác giả:

Giới thiệu: Người viết cho Hackster.io, Hackaday.com và những người khác. Tác giả của Hướng dẫn của Idiot: In 3D và Hướng dẫn dành cho người mới bắt đầu lập mô hình 3D: Hướng dẫn về Autodesk Fusion 360. Tìm hiểu thêm về CameronCoward »Dự án Fusion 360»

Tôi viết để kiếm sống, và dành phần lớn thời gian trong ngày làm việc của mình để ngồi trước máy tính để bàn trong khi đọc các bài báo. Tôi xây dựng FeatherQuill vì tôi muốn có trải nghiệm đánh máy hài lòng ngay cả khi tôi ra ngoài. Đây là một trình xử lý văn bản chuyên dụng, không bị phân tâm theo phong cách của một máy tính xách tay. Các tính năng quan trọng nhất của nó là tuổi thọ pin cực dài (hơn 34 giờ đánh máy), bàn phím cơ học và thời gian khởi động nhanh

FeatherQuill được xây dựng dựa trên Raspberry Pi Zero W, được chọn để tiêu thụ điện năng thấp. Đó là chạy DietPi để giữ cho hệ điều hành nhẹ nhất có thể. Khi được bật, nó sẽ tự động tải một trình xử lý văn bản dựa trên thiết bị đầu cuối đơn giản có tên là WordGrinder. Thời gian để chuyển từ lúc bật nguồn đến khi gõ được khoảng 20-25 giây.

Bộ pin được làm từ tám pin lithium-ion 18650, mỗi viên có dung lượng 3100mAh. Tổng dung lượng đủ để kéo dài hơn 34 giờ trong khi đánh máy. Một công tắc phần cứng chuyên dụng cho phép bạn tắt màn hình LCD ở chế độ "chờ". Ở chế độ chờ, Raspberry Pi sẽ tiếp tục chạy như bình thường và pin có thể kéo dài hơn 83 giờ.

Quân nhu:

• Raspberry Pi Zero W
• 18650 Tế bào Pin (x8)
• Bảng sạc LiPo
• Màn hình cảm ứng LCD 5"
• Bàn phím cơ 60%
• Nam châm nhỏ
• Bộ chuyển đổi Micro USB
• Dải niken
• Phần mở rộng USB C
• Chèn bộ nhiệt 3mm
• Vít M3
• 608 Vòng bi ván trượt
• Công tắc
• Cáp USB ngắn và cáp HDMI

Nguồn cung cấp bổ sung bạn có thể cần:

• Kẹp
• Keo dán Gorilla
• Máy in 3D Filament
• Chất hàn
• Dây điện

Công cụ:

• Máy in 3D (Tôi đã sử dụng BIBO)
• Sắt hàn (Đây là của tôi)
• Súng bắn keo nóng (Như thế này)
• Tua vít
• Phím Allen / hex
• Các tập tin
• Dremel (Không bắt buộc, nhưng giúp cắt / dọn dẹp khi cần thiết)

Bước 1: Mức tiêu thụ năng lượng và tuổi thọ pin

Đối với dự án này, thời lượng pin là yếu tố quan trọng nhất đối với tôi. Mục tiêu của tôi là có thể mang theo FeatherQuill trong một chuyến đi cuối tuần và có đủ sức sống để viết trong vài ngày trọn vẹn mà không cần sạc lại. Tôi nghĩ rằng tôi đã đạt được điều đó. Dưới đây là các phép đo khác nhau mà tôi đã thực hiện và kết luận tôi đã đưa ra liên quan đến thời lượng pin. Hãy nhớ rằng các tế bào pin 18650 có nhiều dung lượng khác nhau và các mẫu tôi sử dụng cho dự án này là 3100mAh mỗi loại.

Đo:

Chỉ LCD: 1.7W (5V 340mA)

Chỉ LCD (Tắt đèn nền): 1.2W (5V 240mA)

Mọi thứ Bật (Không có đèn LED bàn phím): 2.7W (5V 540mA)

Bàn phím đã ngắt kết nối: 2.3W (5V 460mA)

Hub USB đã ngắt kết nối: 2.3W (5V 460mA)

Chỉ Raspi: 0.6W (5V 120mA)

Bàn phím Raspi +: 1.35W hay 1.05W? (5V 270mA - 210mA, trung bình: 240mA)

Mọi thứ được kết nối (Tắt đèn nền): 2.2W (5V 440mA)

Kết luận:

Raspi: 120mA

Bàn phím: LCD 80mA

(trừ đèn nền): 240mA

Đèn nền LCD: 100mA

Tổng số LCD: 340mA

Hub USB: Không sử dụng điện

Sử dụng bình thường: 5V 540mA Chế độ chờ

(Tắt đèn nền): 5V 440mA

Chế độ chờ (Tắt hoàn toàn màn hình LCD): Đọc không nhất quán, nhưng 5V ~ 220mA

Tuổi thọ pin với bộ pin di động 8 x 18650 3.7V 3100mAh (tổng cộng: 24, 800mAh):

Sử dụng bình thường: 34 giờ chờ

(Tắt đèn nền): 41,5 giờ

Chế độ chờ (tắt hoàn toàn màn hình LCD): 83,5 giờ

Thông tin bổ sung và giải thích:

Các phép đo được thực hiện bằng một màn hình năng lượng rẻ tiền và có lẽ không hoàn toàn chính xác hoặc chính xác. Nhưng các kết quả đọc đủ nhất quán để chúng ta có thể cho rằng chúng "đủ gần" cho mục đích của chúng ta.

Mọi thứ đều chạy ở 5V (danh nghĩa). Nguồn điện để thử nghiệm được lấy từ nguồn điện cắm tường USB tiêu chuẩn. Năng lượng cho bản dựng thực tế sẽ đến từ bộ pin LiPo 18650 thông qua bo mạch tăng cường / sạc LiPo.

Các phép đo này được thực hiện trong khi chạy DietPi (không phải hệ điều hành Raspberry Pi) với cả WiFi và Bluetooth đều bị tắt. Các tiện ích / dịch vụ Bluetooth đã bị loại bỏ hoàn toàn.

Cài đặt "Tiết kiệm điện" cho CPU DietPi dường như không có bất kỳ tác dụng nào.

Quá trình khởi động tiêu tốn nhiều năng lượng hơn, vì turbo CPU đang bật. Tăng khoảng 40mA trong quá trình khởi động.

Thời gian khởi động, từ nguồn sang WordGrinder, là khoảng 20 giây.

Bản thân WordGrinder dường như không tiêu thụ thêm bất kỳ năng lượng nào.

Mức tiêu thụ điện của màn hình LCD là đáng ngạc nhiên. Thông thường, đèn nền chịu trách nhiệm cho phần lớn điện năng tiêu thụ. Tuy nhiên, trong trường hợp này, đèn nền chiếm ít hơn 1/3 lượng điện năng tiêu thụ. Để kéo dài tuổi thọ pin "ở chế độ chờ", cần có một công tắc để ngắt hoàn toàn nguồn điện với màn hình LCD.

Bàn phím cũng tiêu thụ nhiều điện năng hơn dự đoán. Ngay cả khi đã ngắt kết nối Bluetooth bằng công tắc cứng tích hợp, pin bị ngắt kết nối (để tránh sử dụng điện để sạc) và đèn LED tắt, nó vẫn tiêu thụ 80mA. Đèn LED của bàn phím có ảnh hưởng nghiêm trọng đến việc tiêu thụ điện năng. Tất cả các đèn LED được bật ở độ sáng tối đa làm tăng mức tiêu thụ điện lên 130mA (tổng cộng là 210mA). Tất cả các đèn LED được bật ở độ sáng tối thiểu sẽ tăng mức tiêu thụ điện lên 40mA. Các hiệu ứng LED tiết chế hơn, ở độ sáng tối thiểu, có thể tiêu thụ ở bất kỳ đâu từ thực tế không có gì đến khoảng 20mA. Đó là một lựa chọn tốt nếu bạn muốn có các hiệu ứng, vì chúng chỉ làm giảm thời lượng pin ở chế độ "Sử dụng bình thường" khoảng 1,5 giờ.

Bảng mạch pin LiPo có thể sẽ tự tiêu tốn một lượng điện năng và sẽ không có hiệu suất hoàn hảo, do đó, thời lượng pin trong "thế giới thực" có thể ít hơn con số lý thuyết được liệt kê ở trên.

Bước 2: Thiết kế CAD

Để đảm bảo rằng việc gõ phím được thoải mái, tôi cần một bàn phím cơ học. Mô hình này là 60%, vì vậy nó bỏ qua bàn phím số và tăng gấp đôi nhiều phím với nhiều lớp. Phần chính của bàn phím có cùng kích thước và cách bố trí như bàn phím thông thường. Một màn hình LCD nhỏ đã được chọn để giảm mức tiêu thụ điện năng.

Tôi bắt đầu bằng cách phác thảo một thiết kế cơ bản và sau đó tiếp tục mô hình hóa CAD trong Autodesk Fusion 360. Tôi đã phải trải qua một số lần sửa đổi để làm cho vỏ máy càng nhỏ gọn càng tốt trong khi đảm bảo mọi thứ vừa vặn. Một số điều chỉnh đã được thực hiện trong suốt quá trình này. Một số trong số đó không được phản ánh trong ảnh khi tôi thực hiện sửa đổi sau khi in, nhưng có trong tệp STL

Máy in 3D của tôi có kích thước trung bình, vì vậy mỗi bộ phận phải được chia thành hai phần để chúng vừa với giường. Các nửa được nối bằng bộ chèn nhiệt M3 và vít M3, với Keo Gorilla ở đường may để tăng độ chắc chắn.

Chỉ có bàn phím và pin được đặt ở nửa dưới của vỏ máy. Tất cả các thành phần khác đều ở trên cùng / nắp.

Vỏ được thiết kế sao cho bàn phím ở góc khi mở nắp, nhằm tăng sự thoải mái khi gõ phím. Nam châm nhỏ được sử dụng để giữ cho nắp đóng. Những thứ đó không mạnh như tôi muốn và tôi có thể sẽ thiết kế một loại chốt nào đó trong tương lai.

Bước 3: In 3D vỏ máy

Tôi ban đầu không có ý định đi với bảng màu kẹo bông này, nhưng tôi đã tiếp tục sử dụng hết dây tóc và vì vậy đây là những gì tôi đã kết thúc. Bạn có thể in các bộ phận bằng bất kỳ màu sắc và chất liệu nào bạn thích. Tôi đã sử dụng PLA, nhưng sẽ khuyên bạn nên sử dụng PETG nếu có thể. PETG mạnh hơn và không dễ bị biến dạng khi nhiệt.

Bạn sẽ cần phải sử dụng hỗ trợ cho tất cả các bộ phận. Tôi cũng thực sự khuyên bạn nên sử dụng cài đặt "Mờ" của Cura ở giá trị thấp (Độ dày: 0,1, Mật độ: 10). Điều này sẽ cung cấp cho bề mặt của các bộ phận một kết cấu đẹp, rất tốt để ẩn các đường lớp.

Sau khi in các bộ phận của bạn, bạn sẽ muốn sử dụng một bàn ủi để làm nóng các chèn bộ nhiệt của bạn. Sau đó, bạn chỉ có thể đẩy chúng vào các lỗ lớn hơn. Chúng sẽ chảy nhựa khi chúng đi vào, và sau đó sẽ được giữ cố định tại chỗ sau khi nhựa nguội đi.

Hai phần dưới cùng sẽ cần được dán lại với nhau trước. Làm ướt một nửa đường may bằng nước và sau đó thêm một lớp keo Gorilla Keo mỏng lên nửa đường may còn lại. Sau đó vặn chặt hai vít M3. Dùng kẹp giữ hai phần lại với nhau và lau sạch phần keo thừa. Để yên kẹp trong 24 giờ để đảm bảo keo được đóng rắn hoàn toàn. Sau đó lắp các vòng bi vào các lỗ.

Bạn sẽ lặp lại quy trình này với các bộ phận trên cùng, nhưng cần lắp chúng vào vòng bi trước khi dán / vặn các bộ phận lại với nhau. Bạn sẽ không thể tháo rời hai bộ phận sau khi chúng được ghép lại với nhau.

Bước 4: Sửa đổi màn hình LCD và bàn phím

Màn hình LCD này được thiết kế để trở thành một màn hình cảm ứng (chức năng mà chúng tôi không sử dụng) và có một đầu ghim nữ ở mặt sau để kết nối với các chân GPIO của Raspberry Pi. Tiêu đề đó làm tăng đáng kể độ dày của màn hình LCD, vì vậy nó phải đi. Tôi không thể truy cập để phá hủy nó một cách an toàn, vì vậy tôi chỉ cần cắt nó ngay bằng một chiếc Dremel. Rõ ràng, điều này làm mất hiệu lực bảo hành màn hình LCD của bạn…

Bàn phím cũng gặp sự cố tương tự, nhờ vào công tắc cho chip Bluetooth. Chúng tôi không sử dụng Bluetooth và nó làm tăng đáng kể mức tiêu thụ điện năng. Sau khi tháo bàn phím ra khỏi vỏ (các vít được giấu dưới các phím), bạn có thể sử dụng khí nóng hoặc mỏ hàn để tháo công tắc đó một cách đơn giản.

Bước 5: Thiết lập DietPi và WordGrinder

Thay vì sử dụng Raspberry Pi OS, tôi đã chọn sử dụng DietPi. Nó nhẹ hơn và khởi động nhanh hơn. Nó cũng cung cấp một số tùy chọn tùy chỉnh có thể giúp giảm tiêu thụ điện năng (như dễ dàng tắt bộ điều hợp không dây). Nếu muốn, bạn có thể sử dụng Hệ điều hành Raspberry Pi - thậm chí là phiên bản máy tính để bàn đầy đủ nếu bạn muốn.

Hướng dẫn cài đặt chi tiết cho DietPi có tại đây:

Sau đó, bạn có thể cài đặt WordGrinder:

sudo apt-get install wordgrinder

Nếu bạn muốn nó tự động khởi chạy WordGrinder, chỉ cần thêm lệnh "wordgrinder" vào tệp.bashrc của bạn.

Có thể tắt bộ điều hợp WiFi thông qua công cụ cấu hình DietPi. Mọi thứ khác hoạt động khá giống với Raspberry Pi. Tôi đề xuất hướng dẫn trên googling về cách tắt Bluetooth và tăng kích thước phông chữ đầu cuối (nếu nó quá nhỏ đối với bạn).

Bước 6: Hàn bộ pin

Trước khi tiếp tục phần này, tôi phải cung cấp cho bạn một tuyên bố từ chối trách nhiệm:

Pin Li-ion tiềm ẩn nhiều nguy cơ! Chúng có thể bắt lửa hoặc phát nổ! Tôi thậm chí không phải là một chút trách nhiệm nếu bạn tự sát hoặc đốt nhà của bạn. Đừng nghe lời tôi về cách thực hiện việc này một cách an toàn-hãy làm nghiên cứu của bạn

Được rồi, với điều đó, đây là cách tôi lắp bộ pin lại với nhau. Bạn nên hàn tại chỗ các kết nối pin, nhưng tôi không có thợ hàn điểm và vì vậy tôi đã hàn chúng thay thế.

Trước khi làm bất cứ điều gì khác, bạn phải đảm bảo rằng tất cả các pin của bạn đều có điện áp giống nhau. Nếu không, về cơ bản chúng sẽ cố gắng sạc lẫn nhau để cân bằng điện áp với kết quả không tốt.

Bắt đầu bằng cách vặn các cực trên mỗi đầu pin của bạn. Tôi đã sử dụng một Dremel với một chút giấy nhám để làm điều đó. Sau đó đặt chúng đúng vị trí để có khoảng cách phù hợp. Hãy chắc chắn rằng tất cả chúng đều quay mặt về cùng một hướng! Chúng tôi đấu dây song song với nhau, vì vậy tất cả các cực dương sẽ được kết nối và tất cả các cực âm sẽ được kết nối. Sử dụng một chút keo nóng giữa các viên pin để giữ khoảng cách (nhưng không dán chúng vào vỏ).

Phủ lên mỗi đầu một lớp chất trợ dung mỏng và sau đó đặt các dải niken lên trên để kết nối các đầu cuối. Tôi đã sử dụng 1,5 dải mỗi bên. Sử dụng đầu lớn nhất mà mỏ hàn của bạn có thể chấp nhận và tăng nhiệt lên cao nhất có thể. Sau đó, làm nóng đồng thời từng thiết bị đầu cuối và dải niken trong khi áp dụng một lượng lớn chất hàn. Mục đích là để tránh pin quá nóng bằng cách tiếp xúc với mỏ hàn càng ít thời gian càng tốt. Chỉ cần đảm bảo rằng vật hàn của bạn chảy đúng cách trên đầu nối và dải niken, sau đó loại bỏ nhiệt.

Sau khi hai bộ bốn pin của bạn được hàn với các dải niken của chúng, bạn có thể sử dụng dây (18AWG hoặc cao hơn) để kết nối hai pin với nhau một lần nữa: dương sang dương và âm thành âm. Sau đó, hàn hai đoạn dây dài hơn vào các cực ở một đầu của bộ pin và đưa chúng qua lỗ. Đó là những thứ sẽ cung cấp năng lượng cho bảng sạc LiPo.

Bước 7: Lắp ráp đồ điện tử

Thiết lập này sẽ khá đơn giản. Đặt bàn phím vào đúng vị trí và sử dụng các vít ban đầu để gắn nó vào các giá đỡ. Ở phía đối diện (trong ngăn chứa pin), cắm cáp USB-C và cấp nó qua lỗ mở đến nắp.

Ở phía trên, màn hình LCD phải vừa khít với vị trí (đảm bảo bật công tắc đèn nền!). Bộ mở rộng USB-C được vặn vào vị trí bằng các vít đi kèm. Bảng sạc LiPo được giữ cố định bằng keo nóng. Định vị nó để đảm bảo rằng nút có thể được nhấn và màn hình có thể nhìn thấy qua cửa sổ trên nắp LCD. Raspberry Pi vừa vặn với các tab và một chút keo nóng sẽ giữ chặt nó.

Có thể chạy cáp USB từ đầu ra bảng LiPo phù hợp đến Raspberry Pi. Chúng tôi không có chỗ cho phích cắm USB ở đầu ra bên trái, được sử dụng cho màn hình LCD. Cắt đầu USB-A của cáp và tháo tấm chắn. Bạn chỉ cần dây màu đỏ (dương) và đen (âm). Dây dương sẽ chạy qua hai cực trên cùng của công tắc. Sau đó, dây âm và dây dương của bạn sẽ cần được hàn vào đầu ra USB bên trái trên bo mạch LiPo. Chốt xa bên trái là cực dương và chân bên phải xa là nối đất (âm).

Sau đó, chỉ cần sử dụng keo nóng để giữ tất cả các dây của bạn cố định sao cho chúng "phẳng" nhất có thể và không bị đẩy ra trên nắp LCD.

Bước 8: Lắp ráp cuối cùng

Bây giờ, tất cả những gì bạn phải làm là vặn các nắp LCD lên phía trên - có các tab ở trên cùng để nắp vừa khít bên dưới để giữ LCD đúng vị trí và các nắp pin ở phía dưới.

Nhấn đúp vào nút bảng LiPo sẽ bật nguồn. Nhấn giữ nó sẽ tắt nguồn. Công tắc cho phép bạn điều khiển nguồn điện đến màn hình LCD một cách độc lập và rất tốt để tiết kiệm điện khi bạn không thực sự gõ phím. Hãy nhớ đọc hướng dẫn sử dụng bàn phím để tìm hiểu cách điều khiển các hiệu ứng đèn LED khác nhau. Tôi khuyên bạn nên sử dụng độ sáng tối thiểu và một trong những hiệu ứng tinh tế hơn để tiết kiệm pin.

Sau khi lưu tài liệu lần đầu tiên, WordGrinder sẽ tự động lưu sau đó. WordGrinder có giao diện đơn giản nhưng nhiều phím tắt. Đọc qua các tài liệu của nó để tìm hiểu thêm về cách nó hoạt động. Các tệp có thể được chuyển sang máy tính bên ngoài qua kết nối SSH-chỉ cần bật lại bộ điều hợp WiFi khi bạn cần chuyển tài liệu.

Đó là nó! Nếu bạn thích dự án này, hãy cân nhắc bỏ phiếu cho dự án trong cuộc thi "Chạy bằng pin". Tôi đã bỏ rất nhiều công sức vào việc thiết kế FeatherQuill và nảy ra ý tưởng thiết kế một thiết bị tương tự với pin gấp 2-3 lần. Hãy theo dõi tôi tại đây để cập nhật những dự án của tôi!

Giải nhì trong cuộc thi chạy bằng pin