Raspberry Pi Power & Cooling Mods: 11 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Thật hơi xấu hổ khi thừa nhận có mười Raspberry Pis đang làm nhiều công việc khác nhau xung quanh nhà nhưng điều đó nói rằng, tôi vừa mua một chiếc khác nên tôi nghĩ sẽ là một ý kiến hay khi ghi lại và chia sẻ các sửa đổi Pi tiêu chuẩn của tôi như một Người có thể hướng dẫn.

Tôi thêm các mod này vào hầu hết các Pis của mình - chúng cho phép bất kỳ mẫu Raspberry Pi nào được cấp nguồn từ nguồn điện dự phòng, nếu không sẽ chỉ bị mắc kẹt trong ngăn kéo - có thể sử dụng nguồn điện không mong muốn khác sẽ giúp bạn tiết kiệm được một vài xu và sự sắp xếp này cũng có thể cung cấp một nguồn năng lượng hữu ích cho các thiết bị khác như rơ le. Chế độ làm mát làm cho việc sử dụng các kết nối màn hình và máy ảnh khó khăn hơn nhưng có thể ngăn điều chỉnh Pi trở lại khi được ép xung hoặc thực hiện công việc chuyên sâu của bộ xử lý. Quyền truy cập vào đầu nối GPIO thường không bị cản trở nhưng bạn phải định vị quạt cẩn thận…

Tôi đã chia Sách hướng dẫn thành hai phần để dễ đọc - Phần 1 bao gồm sửa đổi nguồn điện, Phần 2 bổ sung quạt làm mát và các bộ tản nhiệt. Điểm mới lạ có thể có của phần 2 là việc sử dụng quạt một chiều 12v được cấp nguồn từ đầu ra 5v một chiều của bộ điều chỉnh điện áp. Việc sử dụng quạt 12v theo cách này là để cung cấp một phương thức làm mát với giảm tiếng ồn, một tính năng cần thiết khi RasPi được sử dụng (như một trung tâm truyền thông OSMC) trong phòng khách của chúng tôi vì đối tác của tôi có thể nghe thấy tiếng pin rơi., hầu như bất kỳ khoảng cách nào bạn muốn đề cập….

Xin lưu ý rằng tôi đã cố gắng trình bày chi tiết để bao quát được nhiều độc giả nhất có thể nhưng một số kỹ năng điện tử cơ bản là cần thiết, chẳng hạn như hàn, sử dụng đồng hồ vạn năng, v.v. Do đó, tôi xin lỗi nếu phần sau đọc quá đơn giản hoặc giả định quá nhiều - bất kỳ và tất cả các ý kiến mang tính xây dựng tất nhiên rất được hoan nghênh!

Bước 1: Phần 1 Chế độ cung cấp điện: Công cụ & bộ phận

Các bộ phận:

• (Một chiếc Raspberry Pi và vỏ) - một chiếc vỏ trong suốt giúp các mod này trở nên dễ dàng hơn nhưng một chiếc hộp mờ không phải là một vật cản.
• Một ngăn kéo rác Cung cấp điện AC đến DC, công suất đầu ra tối thiểu 18W, 9v dc đến 30v dc. *
• LM2596 Bộ chuyển mạch DC-DC có thể điều chỉnh bước xuống Bộ điều chỉnh điện áp Buck Bộ chuyển đổi (có sẵn trên eBay từ nhiều người bán khác nhau)
• Giắc cắm nguồn điện DC Đầu nối gắn bảng điều khiển nữ 5,5 x 2,1mm hoặc bất kỳ thứ gì bạn cần để phù hợp với nguồn điện ở trên. Điều này là phổ biến nhất mặc dù. (eBay, nhiều người bán)
• Một dây dẫn micro USB loại B hy sinh (hộp rác) HOẶC
• Đầu nối giắc cắm 1 đầu cắm micro USB Loại B 5 chân nam (eBay, nhiều người bán)
• Hai chiều dài 150mm của dây thiết bị nhiều sợi (ví dụ) dây loa bằng đồng.
• Hai giá đỡ cách nhiệt (chiều dài ngắn của hộp biro tạo ra giá đỡ tuyệt vời nếu bạn không có bất kỳ thứ gì trong hộp rác của mình)
• Hai vít tự khai thác đường kính 2,8 mm (hộp rác) - những vít này chỉ phải dài khi cần thiết để ren đi qua vỏ - Tôi đã sử dụng vít dài 12 mm.
• Nếp tản nhiệt ID 2,5mm & Nếp tản nhiệt ID 1/4 "cho phù hợp (xem bước 5) (eBay, nhiều người bán).

Công cụ:

• Hàn sắt & thuốc hàn nhiều lõi.
• Đồng hồ vạn năng có khả năng đo điện trở và điện áp một chiều.
• Súng nhiệt (để co nhiệt)
• Súng bắn keo nóng (không cần thiết nếu sử dụng đầu USB thay thế)
• Bút đánh dấu tốt
• Mũi khoan và mũi khoan HSS 1.5mm và 2.5mm.
• Máy cắt dây và máy thoát y.

* Các lưu ý liên quan đến việc lựa chọn nguồn điện:

Các thông số quan trọng là điện áp đầu ra và công suất. Bạn cần cung cấp bộ điều chỉnh LM2596 với đầu vào của nó nhiều hơn khoảng ba vôn so với đầu ra bạn cần, vì vậy đối với đầu ra 5v mà Pi cần, bạn cần khoảng 8v trên đầu vào. Tôi muốn giới thiệu thêm một chút để chắc chắn, do đó mức tối thiểu 9v ở trên. Điện áp tối đa bạn có thể sử dụng là khoảng 35v đối với một số mẫu bộ điều chỉnh này, cao hơn đối với các mẫu khác. Tôi muốn đạt mức tối đa 30v.

Nguồn điện cũng cần có khả năng cung cấp đủ dòng điện cho Pi (xem tại đây để biết các yêu cầu hiện tại đối với các mẫu Pi khác nhau). Liên kết nói rằng bạn cần nguồn điện có khả năng cung cấp tối thiểu 2,5A cho Pi 3. Tuy nhiên, LM2596 là bộ điều chỉnh chuyển mạch, vì vậy bạn cần dòng điện ít hơn mức này miễn là điện áp bạn cung cấp cao hơn một cách tương ứng.

Để tìm ra những gì bạn cần, hãy tính toán công suất do Pi rút ra và tính đến tổn thất chuyển đổi trong bộ điều chỉnh (ví dụ) Pi 3 cần 5v @ 2,5A, vì vậy yêu cầu công suất của nó là 5 x 2,5 = 12,5W. Nhân giá trị này với 1,1 để tính đến tổn thất trong bộ điều chỉnh và bạn nhận được 12,5 x 1,1 = 13,75W. Khi đạt đến con số đó, không bao giờ là một ý tưởng hay khi sử dụng nguồn điện bằng cách sử dụng nó ở khả năng 100%, vì vậy tôi sẽ thêm ít nhất 30% lợi nhuận để đảm bảo nó sẽ không quá nóng và hết hạn sớm.

Để làm mọi thứ dễ dàng hơn cho mọi người, đây là yêu cầu dòng điện cung cấp điện tối thiểu cho các điện áp khác nhau dựa trên các tính toán ở trên:

Pi 3: 9v / 2A; 12v / 1.5A; 15v / 1.2A; 19v / 0,9A; 26v / 0,7A; 30v / 0,6A

Pi B + & 2B: 9v / 1.5A; 12v / 1.1A; 15v / 0,9A; 19v / 0,7A; 26v / 0,5A; 30v / 0,4A

Pi Zero & Zero W: 9v / 1.0A; 12v / 0,7A; 15v / 0,6A; 19v / 0,5A; 26v / 0,3A; 30v / 0,3A

(Cái sau được bao gồm để hoàn thiện)

Bước 2: Đánh dấu trường hợp

Định vị bộ điều chỉnh như hình minh họa. Các miếng đệm đầu vào phải cùng phía của vỏ với đầu nối nguồn của Pi.

Nếu bạn cũng đang lắp một chiếc quạt, hãy đặt nó như hình minh họa. Lưu ý rằng tốt nhất bạn sẽ chỉ có thể sử dụng ba trong số bốn lỗ vít của quạt vì các vết cắt của vỏ máy thường cản trở. Cũng lưu ý rằng mod quạt này không phù hợp nếu bạn cần sử dụng máy ảnh hoặc các đầu nối màn hình (trừ khi bạn sử dụng định tuyến dây mới).

Đảm bảo rằng lỗ gắn của bộ điều chỉnh gần mép của vỏ được đặt trên khoảng cách giữa hai ngăn xếp ổ cắm USB của Pi (để vít lắp không bị hôi - xem bước 4 để biết ảnh chụp bộ điều chỉnh được gắn ở đó bạn có thể thấy vị trí của vít được định vị).

Sử dụng một điểm đánh dấu cố định tốt để đánh dấu vị trí của hai lỗ lắp bộ điều chỉnh trên vỏ và nếu muốn, các lỗ gắn quạt và một lỗ cho luồng gió của quạt.

Bước 3: Khoan vỏ

Lấy phần trên của hộp và lật ngược nó lên một miếng gỗ để làm điểm tựa.

Sử dụng một mũi khoan nhỏ (1,5mm) để khoan một lỗ thí điểm đã được đánh dấu ở bước cuối cùng.

Sử dụng mũi khoan 2,5mm để mở rộng một trong các lỗ và kiểm tra xem vít tự khai thác đã chọn có thể được vặn vào mà không cần quá nhiều sức lực hay không. Mở rộng kích thước lỗ nếu cần thiết.

Khi bạn đã hài lòng với kích thước lỗ, hãy khoan lỗ còn lại cho phù hợp.

Bước 4: Gắn bộ điều chỉnh

Gắn bộ điều chỉnh bằng cách sử dụng chân đế và vít tự khai thác như thể hiện trong ảnh. Lưu ý vị trí của vít giữa hai ngăn xếp đầu nối USB.

Bước 5: Đấu dây

Hàn dây thiết bị vào ổ cắm nguồn điện một chiều và cách điện bằng ống bọc tản nhiệt như hình minh họa. Giả sử bạn có nguồn điện tiêu chuẩn trong đó điện áp dương nằm trên đầu nối bên trong, hãy hàn dây màu đỏ vào thẻ ngắn và dây đen với thẻ dài (điều này giả sử thẻ dài được kết nối với bên ngoài của ổ cắm - sử dụng đồng hồ vạn năng để kiểm tra mặc dù). Nếu cực tính bị đảo ngược, hãy hàn dây màu đỏ và đen vào các thẻ đối diện.

Đẩy đầu còn lại của dây bên dưới bảng điều chỉnh và hàn vào miếng đệm đầu vào của bộ điều chỉnh như được hiển thị (một lần nữa, màu đỏ thành + ve, màu đen thành -ve).

Nếu bạn có một đầu micro USB hy sinh, hãy cắt nó để bạn có khoảng 180mm cáp kết nối với đầu micro USB. Sử dụng một đoạn dây mảnh và đồng hồ vạn năng của bạn ở chế độ điện trở, xác định dây nào được kết nối với các tiếp điểm âm và dương của đầu nối micro USB (xem sơ đồ ở trên). Đỏ và đen là những màu thông thường được sử dụng trong các dây dẫn USB cho kết nối + ve và -ve (đôi khi được đánh dấu tương ứng là 'Vcc' và 'Gnd'). Cắt ngắn các dây khác (thường là màu trắng và xanh lá cây). Luồn một phần ống tay áo có lớp chống nóng lên chúng và lớp vỏ bọc bên ngoài rồi co lại tại chỗ.

Đẩy đầu cắt bên dưới bộ điều chỉnh, dải và thiếc các dây màu đỏ & đen và hàn chúng vào các miếng đệm đầu ra + ve & -ve của bộ điều chỉnh tương ứng.

Nếu bạn là người can đảm (như tôi tuyệt vời), hãy tạo dây dẫn USB của riêng bạn bằng cách sử dụng đầu nối trần. Hàn các dây vào miếng đệm kết nối USB như hình minh họa, phủ một lớp keo nóng mỏng lên các khớp nối và khi đặt xong, hãy luồn ống bọc cách nhiệt 1/4 lên trên như hình minh họa.

Co ống tay áo bằng súng nhiệt và keo sẽ hoạt động như một chất giảm căng thẳng (hy vọng!).

Như trên, luồn các đầu khác của dây vào bên dưới bộ điều chỉnh và hàn vào các miếng đệm đầu ra.

Bạn nên kiểm tra kỹ lưỡng cực của các kết nối - sử dụng đồng hồ vạn năng và một số dây mỏng để xác minh các chân USB được nối đúng với bộ điều chỉnh.

Bước 6: Đặt điện áp

Trước khi cắm đầu ra của bộ điều chỉnh vào Pi, điện áp đầu ra cần được thiết lập.

Kết nối nguồn điện với ổ cắm đầu vào dc của bộ điều chỉnh và bật nó lên. Có một đèn LED màu xanh lam trên bộ điều chỉnh sẽ sáng ngay lập tức. Nếu không và / hoặc có khói, hãy ngắt kết nối và (nếu bạn là tôi) cúi đầu xấu hổ. Bạn có thể thoát khỏi nó nhưng nếu có khói, nó không tốt. Kiểm tra kỹ hệ thống dây điện của bạn, sửa lại và thử lại. Hy vọng rằng đèn LED đã bật sáng…

Sử dụng một tuốc nơ vít nhỏ, điều chỉnh chiết áp trên bộ điều chỉnh (hộp màu xanh có vít bằng đồng ở phía trên) cho đến khi đồng hồ vạn năng đọc một nhịp dưới 5.1v. Ngược chiều kim đồng hồ làm giảm điện áp và thường mất nhiều vòng hơn bạn mong đợi để điện áp thay đổi - đừng thất vọng nếu phải mất một vài vòng để thấy hiệu ứng.

Tắt nguồn điện và kết nối đầu ra của bộ điều chỉnh với Pi. Bạn đã sẵn sàng hành động!

Bước 7: Phần 2 - Thêm quạt làm mát và tản nhiệt - Công cụ và bộ phận

Các bộ phận:

• Quạt ổ trục 12v dc 0.12A 50mm x 50mm x 10mm (eBay, nhiều người bán)
• Vít tự khai thác 3 đầu 15mm 2,8mm OD (hộp rác)
• Tản nhiệt tự dính bằng đồng rắn 2 đầu cho Raspberry Pi (eBay, nhiều người bán)

Công cụ:

• Máy cưa lọng hoặc dụng cụ kiểu Dremel chạy điện với máy cắt kiểu gờ
• Mũi khoan và mũi khoan 1,5mm và 2,5mm
• Hàn sắt và thuốc hàn
• Máy cắt dây và máy thoát y.
• Súng bắn keo nóng (để giữ các tản nhiệt tại chỗ)

Bước 8: Cắt lỗ cho quạt

Sử dụng các dấu trên vỏ được thực hiện ở bước 2, khoan ba lỗ lắp theo cách tương tự như đối với bộ điều chỉnh (tức là) khoan các lỗ thí điểm bằng mũi khoan 1,5mm và mở rộng một trong các lỗ bằng mũi khoan 2,5mm. Kiểm tra độ khít của các vít tự khai thác và nếu tất cả đều tốt, hãy khoan hai lỗ còn lại. Nếu không, hãy mở rộng các lỗ nếu cần.

Sử dụng cưa cần đàn hoặc dụng cụ thay thế của Dremel, cắt bỏ lỗ nhựa để cho luồng không khí của quạt. Làm sạch các cạnh bằng giũa nếu cần thiết (nếu theo kinh nghiệm của tôi, việc sử dụng công cụ điện chắc chắn sẽ tạo ra nhựa nóng chảy, rất khó để làm sạch - do đó tôi thích một chiếc cưa đàn hơn).

Đưa quạt vào các lỗ lắp và vặn cẩn thận vào bộ phận tự ngắt. Quạt phải được gắn với mặt nhãn hướng xuống dưới, để luồng không khí được hướng vào Pi. Tôi cũng sẽ định hướng nó để dây dẫn không liền kề với bộ điều chỉnh, vì vậy bạn có một số dây chùng để chơi với.

Quay quạt theo cách thủ công để kiểm tra xem không có gì bắt được.

Bước 9: Đấu dây cho Quạt

Kinh nghiệm của tôi là tất cả ngoại trừ một quạt của loại trong danh sách các bộ phận tự khởi động khi được cấp nguồn từ 5v dc. Trong trường hợp đó, tôi thấy rằng chạy quạt từ 12v dc trong khoảng năm phút đã làm nó lỏng lẻo và sau đó nó đã ổn trên 5v. Tuy nhiên, quạt của các nhà sản xuất khác nhau có thể hoạt động khác nhau, vì vậy bạn có thể phải khởi động quạt theo cách thủ công - sau đó sẽ ổn và tiếp tục chạy. Nếu không phải như vậy, bạn vẫn có tùy chọn nối dây quạt với đầu vào của bộ điều chỉnh miễn là điện áp này là 9v đến 12v và bạn có thể chấp nhận sự gia tăng tiếng ồn.

Cắt đầu nối quạt để đủ dây nối với bộ điều chỉnh. Bạn có thể cắt dây màu vàng trở lại vì nó không được sử dụng trong loại ứng dụng này. Sử dụng một mảnh nhỏ của ống tay như hình minh họa để cách nhiệt và giữ cho nó không bị ảnh hưởng. Luồn hệ thống dây điện của quạt dưới bộ điều chỉnh và hàn vào miếng đệm đầu ra của nó (đỏ sang dương, đen sang âm).

Bước 10: Thêm bộ tản nhiệt

Có khá nhiều thông tin trên internet về vị trí (và thời điểm) để thêm tản nhiệt vào Raspberry Pis. Các bước dưới đây là thực hiện cá nhân của tôi.

Theo như những gì tôi có thể thu thập được, lời khuyên thông qua Raspberry Pi Foundation là bạn không thực sự cần thêm bộ tản nhiệt vào bất kỳ mẫu Pi nào trừ khi bạn đang ép xung chúng. Tuy nhiên, tôi nhận thấy rằng Pi 3 khá nóng khi cố gắng phát video H265 và nếu không được làm mát có thể giảm tốc trở lại để tự bảo quản.

Trong những trường hợp này, Broadcom SoC (chip lớn ở bề mặt trên của Pi) trở nên nóng nhất, vì vậy nó đáng được làm nóng. Theo một số lời khuyên mà tôi không thể tìm thấy nguồn tại thời điểm này, tôi cũng làm nóng chip RAM ở mặt dưới. Tôi không bận tâm với chip LAN nhỏ hơn vì nó có vẻ không nóng như vậy.

Vì vậy, đối với doanh nghiệp - hãy bóc dải vỏ ra khỏi bộ tản nhiệt và cẩn thận đặt nó lên trên chip SoC. Sử dụng súng bắn keo nóng, cẩn thận thêm một vài đốm keo vào hai bên của tản nhiệt như hình minh họa. Tôi sử dụng rất nhiều Pis của mình trên các mặt của chúng, vì vậy sau một thời gian, các tấm tản nhiệt sẽ trượt ra - keo giúp ngăn chặn điều này. Cho đến nay, keo vẫn chưa đủ mềm khi sử dụng để mất tính toàn vẹn (nó tan chảy ở khoảng 120 ° C, vì vậy nó không nên!)

Quy trình lắp một bộ tản nhiệt trên chip RAM cũng giống như vậy ngoại trừ việc bạn sẽ phải cắt bớt một phần vỉ nướng ở mặt dưới của vỏ máy để có đủ không gian. Lưu ý rằng nó sẽ không vượt ra ngoài ranh giới của vỏ máy.

Bước 11: Không có Bước 11

…và đó là điều đó.

Tôi hy vọng có thể hướng dẫn này chứng minh hữu ích và / hoặc cung cấp thông tin.

Nếu bạn phát hiện ra bất kỳ lỗi nào, v.v. xin vui lòng cho tôi biết và tôi sẽ sẵn lòng chỉnh sửa cho phù hợp.