FeatherQuill - 34+ ساعت نوشتن بدون حواس پرتی: 8 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:51

توسط CameronCoward سایت شخصی من بیشتر توسط نویسنده دنبال کنید:

درباره: نویسنده برای Hackster.io ، Hackaday.com و دیگران. نویسنده راهنمای Idiot's: Print 3D و راهنمای مبتدی برای مدل سازی 3D: راهنمای Autodesk Fusion 360. بیشتر درباره CameronCoward »پروژه های Fusion 360»

من برای امرار معاش می نویسم و بیشتر روزهای کاری خود را هنگام نشستن جلوی رایانه رومیزی خود در حالی که مقالات را چاپ می کنم می گذرانم. من FeatherQuill را ساختم زیرا می خواستم یک تجربه تایپ رضایت بخش داشته باشم حتی وقتی بیرون از خانه هستم. این یک پردازشگر کلمه اختصاصی و بدون حواس پرتی به سبک یک لپ تاپ است. مهمترین ویژگی های آن عمر بسیار طولانی باتری (بیش از 34 ساعت تایپ) ، صفحه کلید مکانیکی و زمان بوت سریع است

FeatherQuill در اطراف Raspberry Pi Zero W ساخته شده است که به دلیل مصرف کم انرژی آن انتخاب شده است. این DietPi را اجرا می کند تا سیستم عامل را تا حد ممکن سبک نگه دارد. هنگامی که روشن است ، به طور خودکار یک پردازشگر کلمه ساده مبتنی بر ترمینال به نام WordGrinder بارگیری می کند. مدت زمان لازم برای شروع به کار تا تایپ در حدود 20-25 ثانیه است.

بسته باتری از هشت باتری 18650 لیتیوم یونی ساخته شده است که هر کدام از آنها 3100 میلی آمپر ساعت ظرفیت دارند. ظرفیت کل کافی است تا 34+ ساعت در حین تایپ دوام بیاورد. یک کلید سخت افزاری اختصاصی به شما امکان می دهد LCD را برای حالت "آماده به کار" خاموش کنید. در حالت آماده به کار ، رزبری پای به حالت عادی خود ادامه می دهد و بسته باتری می تواند بیش از 83 ساعت دوام بیاورد.

تدارکات:

• Raspberry Pi Zero W
• سلولهای باتری 18650 (x8)
• صفحه شارژ LiPo
• LCD 5 اینچی با صفحه لمسی
• 60٪ صفحه کلید مکانیکی
• آهنرباهای کوچک
• آداپتور میکرو USB
• نوارهای نیکل
• افزونه USB C
• درج های ست 3 میلیمتری
• پیچ M3
• 608 بلبرینگ اسکیت برد
• سوئیچ ها
• کابل USB کوتاه و کابل HDMI

لوازم اضافی که ممکن است نیاز داشته باشید:

• گیره ها
• چسب گوریل
• رشته چاپگر سه بعدی
• شار لحیم کاری
• سیم

ابزارها:

• چاپگر سه بعدی (من از BIBO استفاده کردم)
• لحیم کاری آهن (این مال من است)
• تفنگ چسب داغ (مانند این)
• پیچ گوشتی ها
• کلیدهای آلن/هگز
• فایل ها
• Dremel (لازم نیست ، اما در صورت لزوم به کوتاه کردن/تمیز کردن کمک می کند)

مرحله 1: مصرف برق و عمر باتری

برای این پروژه ، عمر باتری مهمترین عامل برای من بود. هدف من این بود که بتوانم FeatherQuill را در سفر آخر هفته با خود ببرم و عمر کافی برای نوشتن چند روز کامل بدون نیاز به شارژ مجدد داشته باشم. فکر می کنم به آن رسیده ام. در زیر اندازه گیری های مختلفی را که انجام دادم و نتیجه گیری هایی که در مورد عمر باتری انجام دادم ، آورده شده است. به خاطر داشته باشید که 18650 سلول باتری در ظرفیت های مختلف وجود دارد و مدلهایی که من برای این پروژه استفاده کردم هر کدام 3100 میلی آمپر ساعت هستند.

اندازه گیری:

فقط LCD: 1.7 وات (5 ولت 340 میلی آمپر)

فقط LCD (نور پس زمینه خاموش): 1.2 وات (5 ولت 240 میلی آمپر)

همه چیز روشن است (بدون LED های صفحه کلید): 2.7 وات (5 ولت 540 میلی آمپر)

صفحه کلید قطع شده: 2.3W (5V 460mA)

هاب USB قطع شد: 2.3 وات (5 ولت 460 میلی آمپر)

فقط Raspi: 0.6W (5V 120mA)

صفحه کلید Raspi + 1.35W یا 1.05W؟ (5V 270mA - 210mA ، متوسط: 240mA)

همه چیز متصل (نور پس زمینه خاموش): 2.2W (5V 440mA)

نتیجه گیری:

راسپی: 120 میلی آمپر

صفحه کلید: LCD 80 میلی آمپر

(منهای نور پس زمینه): 240 میلی آمپر

نور پس زمینه LCD: 100 میلی آمپر

مجموع LCD: 340 میلی آمپر

هاب USB: از برق استفاده نمی شود

استفاده عادی: 5 ولت 540 میلی آمپر در حالت آماده به کار

(نور پس زمینه خاموش): 5V 440mA

حالت آماده به کار (LCD خاموش به طور کامل): خوانش ها ناسازگار است ، اما 5V ~ 220mA

عمر باتری با بسته باتری 8 * 18650 3.7V 3100mAh (مجموع: 24 ، 800mAh):

استفاده عادی: 34 ساعت در حالت آماده به کار

(نور پس زمینه خاموش): 41.5 ساعت

آماده به کار (LCD خاموش به طور کامل): 83.5 ساعت

اطلاعات اضافی و توضیحات:

اندازه گیری ها با استفاده از یک مانیتور انرژی ارزان انجام شد و احتمالاً کاملاً دقیق یا دقیق نیست. اما قرائت ها به اندازه کافی سازگار هستند که می توانیم آنها را برای اهداف خود "به اندازه کافی نزدیک" فرض کنیم.

همه چیز در 5V (اسمی) اجرا می شود. نیرو برای آزمایش از منبع تغذیه USB استاندارد زگیل دیواری تامین می شد. نیرو برای ساخت واقعی از یک باتری 18650 LiPo از طریق یک برد شارژ/تقویت کننده LiPo تامین می شود.

این اندازه گیری ها در حین اجرای DietPi (نه Raspberry Pi OS) با WiFi و بلوتوث غیرفعال انجام شد. خدمات/خدمات بلوتوث به طور کامل حذف شد.

به نظر می رسد تنظیمات CPU DietPi "صرفه جویی در مصرف برق" هیچ تاثیری ندارد.

هنگام روشن بودن CPU توربو ، پروسه بوت بیشتر مصرف می کند. در هنگام بوت شدن حدود 40 میلی آمپر افزایش می یابد.

زمان بوت ، از قدرت تا WordGrinder ، حدود 20 ثانیه است.

به نظر می رسد WordGrinder خود هیچگونه نیروی اضافی مصرف نمی کند.

مصرف برق LCD شگفت انگیز است. به طور معمول ، نور پس زمینه مسئول بیشتر مصرف برق است. در این حالت ، با این حال ، نور پس زمینه مسئول کمتر از 1/3 مصرف برق است. برای افزایش طول عمر باتری "در حالت آماده به کار" ، یک سوئیچ لازم است تا برق را به طور کامل از LCD جدا کنید.

همچنین صفحه کلید قدرت بیشتری از آنچه پیش بینی می شد ، می گیرد. حتی با قطع شدن بلوتوث با هارد سوییچ داخلی ، باتری قطع شده است (برای جلوگیری از استفاده از برق برای شارژ) و LED ها خاموش هستند ، اما همچنان 80 میلی آمپر مصرف می کند. LED های صفحه کلید بر مصرف برق تأثیر جدی دارد. تمام LED های روشن در حداکثر روشنایی مصرف برق را 130mA (در مجموع 210mA) افزایش می دهد. همه LED های روشن با حداقل روشنایی مصرف برق را 40 میلی آمپر افزایش می دهد. اثرات محافظه کارانه LED ، با حداقل روشنایی ، تقریباً از هیچ چیزی تا 20 میلی آمپر مصرف نمی کند. اگر بخواهید اثرات مورد نظر را انتخاب کنید ، انتخاب خوبی است ، زیرا فقط 1.5 ساعت عمر باتری "استفاده عادی" را کاهش می دهد.

برد باتری LiPo احتمالاً خود مقداری انرژی مصرف می کند و کارایی کاملی نخواهد داشت ، بنابراین عمر باتری در "دنیای واقعی" می تواند کمتر از اعداد نظری ذکر شده در بالا باشد.

مرحله 2: طراحی CAD

برای اطمینان از راحت بودن تایپ ، به یک صفحه کلید مکانیکی نیاز داشتم. این مدل 60 درصد است ، بنابراین شماره صفحه را حذف کرده و بسیاری از کلیدها را با لایه دو برابر می کند. اندازه و صفحه اصلی صفحه کلید همان صفحه کلید معمولی است. یک LCD کوچک برای کاهش مصرف برق انتخاب شد.

من با ترسیم یک طرح اولیه شروع کردم و سپس به مدل سازی CAD در Autodesk Fusion 360 پرداختم. مجبور شدم چندین ویرایش را انجام دهم تا پرونده تا حد امکان فشرده شود و در عین حال از همه چیز مناسب اطمینان حاصل شود. تعدادی تغییر در طول فرآیند انجام شد. برخی از آنها در عکسها منعکس نمی شوند ، زیرا من بعد از چاپ تغییرات را ایجاد کردم ، اما در فایلهای STL وجود دارد

اندازه چاپگر سه بعدی من متوسط است ، بنابراین هر قسمت باید به دو قسمت تقسیم شود تا روی تخت قرار بگیرند. نيمه ها با درجهاي مجموعه حرارتي M3 و پيچ M3 به هم متصل مي شوند ، با چسب گوريل در درز براي افزايش استحکام.

فقط صفحه کلید و باتری ها در نیمه پایینی قاب قرار دارند. همه اجزای دیگر در بالا/درپوش قرار دارند.

این قاب به گونه ای طراحی شده است که صفحه کلید هنگام باز شدن درب در زاویه قرار گیرد تا راحتی تایپ را افزایش دهد. برای بسته نگه داشتن درب از آهنرباهای کوچک استفاده می شود. آنها آنطور که می خواهم قوی نیستند و احتمالاً در آینده نوعی چفت و بست را طراحی خواهم کرد.

مرحله 3: چاپ سه بعدی قاب

من اصلاً قصد نداشتم با این رنگ بندی آب نبات پنبه ای روبرو شوم ، اما مدام فیلامنتم تمام می شد و بنابراین این چیزی بود که من به پایان رساندم. می توانید قطعات را در هر رنگ و متریالی که دوست دارید چاپ کنید. من از PLA استفاده کردم ، اما توصیه می کنم در صورت امکان از PETG استفاده کنید. PETG قوی تر است و مستعد تغییر شکل در گرما نیست.

برای همه قطعات باید از پشتیبانی استفاده کنید. من همچنین به شدت توصیه می کنم از تنظیمات "فازی" Cura با مقدار کم استفاده کنید (ضخامت: 0.1 ، تراکم: 10). این به سطوح قطعات یک بافت زیبا می بخشد که برای پنهان کردن خطوط لایه عالی است.

پس از چاپ قطعات خود ، می خواهید از اتو لحیم کاری برای گرم کردن قسمت های حرارتی خود استفاده کنید. سپس می توانید آنها را به سوراخ های بزرگتر فشار دهید. آنها هنگام ورود پلاستیک را ذوب می کنند و پس از سرد شدن پلاستیک محکم در جای خود نگه داشته می شوند.

دو قسمت پایینی ابتدا باید به هم چسبانده شوند. نیمی از درز را با آب خیس کنید و سپس یک لایه نازک چسب گوریل را به نصف دیگر درز اضافه کنید. سپس دو پیچ M3 را محکم پیچ کنید. از گیره ها برای نگه داشتن دو قسمت در کنار هم و پاک کردن چسب اضافی استفاده کنید. گیره ها را به مدت 24 ساعت در محل خود قرار دهید تا از چسبندگی کامل آن اطمینان حاصل کنید. سپس یاتاقان ها را داخل سوراخ ها قرار دهید.

شما این عمل را با قسمتهای بالا تکرار می کنید ، اما قبل از چسباندن/پیچاندن قطعات به یکدیگر ، باید آنها را در بلبرینگ وارد کنید. بعد از کنار هم قرار گرفتن آنها ، نمی توانید آنها را جدا کنید.

مرحله 4: تغییر LCD و صفحه کلید

این LCD برای یک صفحه لمسی طراحی شده است (عملکردی که ما از آن استفاده نمی کنیم) و دارای یک هدر زنانه در پشت است تا به پین های GPIO رزبری پای متصل شود. این هدر به طور چشمگیری ضخامت صفحه LCD را افزایش می دهد ، بنابراین باید ادامه یابد. من نمی توانم به طور ایمن از قالب گیری آن استفاده کنم ، بنابراین فقط آن را با Dremel قطع کردم. بدیهی است که این امر ضمانت LCD شما را باطل می کند…

به لطف سوئیچ تراشه بلوتوث ، صفحه کلید نیز مشکلی مشابه دارد. ما از بلوتوث استفاده نمی کنیم و مصرف انرژی را به طرز چشمگیری افزایش می دهد. پس از برداشتن صفحه کلید از قاب آن (پیچ ها در زیر کلیدها پنهان شده اند) ، می توانید از هوای گرم یا آهن لحیم کاری برای جدا کردن آن سوئیچ استفاده کنید.

مرحله 5: راه اندازی DietPi و WordGrinder

به جای استفاده از Raspberry Pi OS ، من از DietPi استفاده کردم. سبک تر است و سریعتر بوت می کند. همچنین چندین گزینه سفارشی سازی را ارائه می دهد که می تواند به کاهش مصرف برق کمک کند (مانند خاموش کردن آسان آداپتور بی سیم). اگر ترجیح می دهید ، می توانید از Raspberry Pi OS استفاده کنید-حتی در صورت تمایل از نسخه کامل دسکتاپ.

دستورالعمل نصب دقیق DietPi در اینجا موجود است:

سپس می توانید WordGrinder را نصب کنید:

sudo apt-get wordgrinder را نصب کنید

اگر می خواهید WordGrinder به طور خودکار راه اندازی شود ، کافی است دستور "wordgrinder" را به فایل.bashrc خود اضافه کنید.

آداپتور WiFi را می توان از طریق ابزار پیکربندی DietPi غیرفعال کرد. سایر موارد تقریباً مشابه رزبری پای عمل می کند. پیشنهاد می کنم راهنماهای گوگل را در مورد غیرفعال کردن بلوتوث و افزایش اندازه فونت ترمینال (اگر برای شما خیلی کوچک است) جستجو کنید.

مرحله 6: لحیم کاری بسته باتری

قبل از ادامه این بخش ، باید سلب مسئولیت کنم:

باتری های لیتیوم یونی به طور بالقوه خطرناک هستند! آنها می توانند آتش بگیرند یا منفجر شوند! اگر شما خود را بکشید یا خانه خود را بسوزانید حتی کوچکترین مسئولیتی ندارم. حرف من را در مورد نحوه انجام این کار با خیال راحت نگیرید-تحقیقات خود را انجام دهید

بسیار خوب ، با این وجود من می توانم بسته باتری را کنار هم قرار دهم. توصیه می شود اتصالات باتری را بصورت نقطه ای جوش دهید ، اما من جوشکار نقطه ای نداشتم و به جای آنها آنها را لحیم کردم.

قبل از انجام هر کار دیگری ، باید مطمئن شوید که باتری های شما ولتاژ یکسانی دارند. اگر این کار را نکنند ، اساساً سعی می کنند یکدیگر را شارژ کنند تا ولتاژ را با نتایج بد متعادل کنند.

با خراب کردن پایانه های هر سر باتری شروع کنید. من برای این کار از یک Dremel با کمی سنباده استفاده کردم. سپس آنها را در محل مورد نظر قرار دهید تا فاصله مناسب باشد. مطمئن شوید که همه آنها در یک جهت هستند! ما به طور موازی اینها را سیم کشی می کنیم ، بنابراین همه پایانه های مثبت متصل می شوند و همه پایانه های منفی متصل می شوند. از کمی چسب حرارتی بین باتری ها برای حفظ فاصله استفاده کنید (اما آنها را به قاب نچسبانید).

هر ترمینال را با یک لایه نازک شار بپوشانید و سپس نوارهای نیکل را در بالا برای اتصال پایانه ها قرار دهید. من از 1.5 نوار در هر طرف استفاده کردم. از بزرگترین نوک آهن لحیم کاری خود استفاده کنید و حرارت را تا آنجا که ممکن است افزایش دهید. سپس هر ترمینال و نوار نیکل را همزمان با استفاده از لحیم کاری آزاد ، گرم کنید. هدف این است که از تماس بیش از حد باتری ها با تماس با آهن لحیم کاری در کمترین زمان ممکن جلوگیری کنید. فقط مطمئن شوید لحیم کاری شما به درستی روی ترمینال و نوار نیکل جریان دارد و سپس حرارت را بردارید.

هنگامی که دو مجموعه چهار باتری خود را با نوارهای نیکل خود لحیم کردید ، می توانید از سیم (18AWG یا بالاتر) برای اتصال مجدد این دو با هم استفاده کنید: مثبت به مثبت و منفی به منفی. سپس دو طول سیم بلندتر را در انتهای بسته باتری به پایانه ها بچسبانید و آنها را از طریق دهانه تغذیه کنید. اینها مواردی هستند که نیرو را برای برد شارژ LiPo تأمین می کنند.

مرحله 7: مونتاژ قطعات الکترونیکی

این تنظیم باید نسبتاً ساده باشد. صفحه کلید را در جای خود قرار دهید و از پیچ های اصلی برای اتصال آن به پایه ها استفاده کنید. در طرف مقابل (در قسمت باتری) ، کابل USB-C را وصل کرده و از طریق دهانه ای که به درب می رود ، آن را تغذیه کنید.

در بالا ، LCD باید محکم در جای خود قرار گیرد (مطمئن شوید که کلید نور پس زمینه روشن است!). گسترش دهنده USB-C با استفاده از پیچ های ارائه شده در جای خود پیچ می شود. برد شارژ LiPo با چسب حرارتی در جای خود نگه داشته شده است. آن را قرار دهید تا مطمئن شوید دکمه قابل فشار است و صفحه از طریق پنجره در جلد LCD قابل مشاهده است. رزبری پای روی زبانه ها قرار می گیرد و کمی چسب حرارتی آن را محکم می کند.

می توان کابل USB را از خروجی برد راست LiPo تا Raspberry Pi اجرا کرد. ما در خروجی سمت چپ ، جایی که برای LCD استفاده می شود ، جایی برای پلاگین USB نداریم. انتهای USB-A کابل را جدا کرده و محافظ را جدا کنید. شما فقط به سیمهای قرمز (مثبت) و سیاه (منفی) نیاز دارید. سیم مثبت از دو پایانه بالای سوئیچ عبور می کند. سپس سیمهای منفی و مثبت شما باید روی خروجی USB سمت چپ روی برد LiPo لحیم شوند. پین سمت چپ مثبت و پین سمت راست زمین (منفی) است.

سپس فقط از چسب حرارتی برای محکم نگه داشتن همه سیم های خود استفاده کنید تا جایی که ممکن است "صاف" باشند و روی جلد LCD را بیرون نیندازند.

مرحله 8: مونتاژ نهایی

اکنون تنها کاری که باید انجام دهید این است که روکش های LCD را به بالا بچسبانید-زبانه هایی در قسمت بالا وجود دارد تا جلد در زیر قرار گیرد تا LCD را در جای خود نگه دارد-و باتری در قسمت پایین قرار دارد.

با دوبار فشار دادن دکمه برد LiPo ، برق روشن می شود. نگه داشتن آن باعث قطع برق می شود. این سوئیچ به شما امکان می دهد قدرت LCD را به طور مستقل کنترل کنید و برای صرفه جویی در مصرف برق در زمان تایپ کردن بسیار عالی است. حتماً راهنمای صفحه کلید را بخوانید تا نحوه کنترل جلوه های مختلف LED را بیاموزید. توصیه می کنم از حداقل روشنایی و یکی از جلوه های ظریف تر برای صرفه جویی در مصرف باتری استفاده کنید.

پس از ذخیره یک سند برای اولین بار ، WordGrinder پس از آن به صورت خودکار ذخیره می شود. WordGrinder دارای رابط کاربری ساده ، اما میانبرهای زیادی است. برای آشنایی بیشتر با نحوه کار ، اسناد آن را بخوانید. فایلها را می توان از طریق اتصال SSH به رایانه خارجی منتقل کرد-فقط در صورت نیاز به انتقال اسناد ، آداپتور WiFi را دوباره روشن کنید.

خودشه! اگر این پروژه را دوست داشتید ، لطفاً در مسابقه "باتری" به آن رای دهید. من کارهای زیادی برای طراحی FeatherQuill انجام دادم و ایده ای برای طراحی دستگاهی مشابه با 2-3 برابر باتری دارم. من را در اینجا دنبال کنید تا از پروژه های من مطلع شوید!

جایزه دوم در مسابقه باتری