FeatherQuill - 34+ ur pisanja brez motenj: 8 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:02

Avtor: CameronCowardMoje osebno spletno mesto Spremljajte več avtorja:

O: Pisatelj za Hackster.io, Hackaday.com in druge. Avtor Idiotovih vodnikov: 3D tiskanje in vodnik za 3D modeliranje za začetnike: Vodnik po Autodesku Fusion 360. Več o CameronCoward »Projekti Fusion 360»

Pišem za preživetje in večino svojega delovnega dne preživim pred namiznim računalnikom, medtem ko pišem članke. Zgradil sem FeatherQuill, ker sem želel zadovoljivo tipkanje, tudi ko sem zunaj. To je namenski urejevalnik besedil brez motenj v slogu prenosnega računalnika. Njegove najpomembnejše lastnosti so izjemno dolga življenjska doba baterije (34+ ur tipkanja), mehanska tipkovnica in hiter čas zagona

FeatherQuill je zgrajen okoli Raspberry Pi Zero W, ki je bil izbran zaradi nizke porabe energije. Ta izvaja DietPi, da bi bil operacijski sistem čim lažji. Ko je vklopljen, bo samodejno naložil preprost terminalski urejevalnik besedil, imenovan WordGrinder. Čas od vklopa do tipkanja je približno 20-25 sekund.

Baterija je sestavljena iz osmih 18650 litij-ionskih baterij, od katerih ima vsaka kapaciteto 3100 mAh. Skupna zmogljivost je dovolj, da traja 34+ ur med tipkanjem. Namensko stikalo za strojno opremo vam omogoča, da izklopite LCD zaslon v stanju pripravljenosti. V stanju pripravljenosti bo Raspberry Pi še naprej deloval normalno, baterija pa lahko zdrži več kot 83 ur.

Zaloge:

• Raspberry Pi Zero W
• 18650 baterijske celice (x8)
• Polnilna plošča LiPo
• 5 -palčni LCD zaslon na dotik
• 60% mehanska tipkovnica
• Majhni magneti
• Micro USB adapter
• Nikljevi trakovi
• Podaljšek USB C
• 3 mm vložki za ogrevanje
• Vijaki M3
• 608 Ležaji za rolke
• Stikala
• Kratki kabli USB in kabel HDMI

Dodatne potrebščine, ki jih boste morda potrebovali:

• Sponke
• Lepilo Gorilla
• 3D tiskalniška nit
• Spajkalni tok
• Žica

Orodja:

• 3D tiskalnik (uporabil sem BIBO)
• Spajkalnik (to je moje)
• Pištola za vroče lepilo (takole)
• Vijačni vijaki
• Šestkotni in imbus ključi
• Datoteke
• Dremel (Ni potrebno, pomaga pa pri obrezovanju/čiščenju po potrebi)

1. korak: Poraba energije in življenjska doba baterije

Za ta projekt je bila zame najpomembnejši dejavnik življenjska doba baterije. Moj cilj je bil, da bi lahko vzeli FeatherQuill s seboj na vikend in imeli dovolj življenja, da bi lahko pisali nekaj polnih dni, ne da bi ga morali napolniti. Mislim, da sem to dosegel. Spodaj so različne meritve, ki sem jih opravil, in zaključke, do katerih sem prišel glede življenjske dobe baterije. Upoštevajte, da ima 18650 baterijskih celic različne kapacitete, modeli, ki sem jih uporabil za ta projekt, pa imajo po 3100 mAh.

Meritve:

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

Samo LCD (osvetlitev ozadja izklopljena): 1,2 W (5V 240mA)

Vse vklopljeno (brez LED diode na tipkovnici): 2,7 W (5V 540mA)

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

Odklopljeno zvezdišče USB: 2,3 W (5 V 460 mA)

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

Tipkovnica Raspi +: 1,35 W ali 1,05 W? (5V 270mA - 210mA, povprečje: 240mA)

Vse, kar je povezano (osvetlitev ozadja izklopljena): 2,2 W (5V 440mA)

Zaključki:

Razpon: 120 mA

Tipkovnica: 80 mA LCD

(minus osvetlitev ozadja): 240mA

Osvetlitev LCD: 100 mA

Skupni LCD: 340 mA

USB zvezdišče: napajanje ni porabljeno

Običajna uporaba: 5V 540mA V pripravljenosti

(Izklop osvetlitve ozadja): 5V 440mA

Stanje pripravljenosti (LCD v celoti izklopljen): Odčitki nedosledni, vendar 5V ~ 220mA

Življenjska doba baterije z baterijo 8 x 18650 3,7 V 3100mAh (skupaj: 24, 800 mAh):

Običajna uporaba: 34 ur pripravljenosti

(Izklop osvetlitve ozadja): 41,5 ur

V pripravljenosti (LCD popolnoma izklopljen): 83,5 ur

Dodatne informacije in pojasnila:

Meritve so bile izvedene s poceni monitorjem energije in verjetno niso povsem natančne ali natančne. Toda odčitki so dovolj skladni, da lahko domnevamo, da so "dovolj blizu" za naše namene.

Vse deluje pri 5V (nominalno). Napajanje za testiranje je prihajalo iz standardnega USB stenskega napajalnika. Napajanje za dejansko gradnjo bo prihajalo iz 18650 LiPo baterije prek LiPo polnilne/ojačevalne plošče.

Te meritve so bile opravljene med izvajanjem DietPi (ne OS Raspberry Pi OS) z onemogočenima WiFi in Bluetooth. Pripomočki/storitve Bluetooth so bili v celoti odstranjeni.

Zdi se, da nastavitev procesorja DietPi "Power Save" sploh nima učinka.

Postopek zagona porabi več energije, saj je vklopljen procesor CPU. Med zagonom se poveča za približno 40 mA.

Čas zagona, od napajanja do programa WordGrinder, je približno 20 sekund.

Zdi se, da sam WordGrinder ne porabi dodatne energije.

Poraba energije LCD -ja je presenetljiva. Običajno je osvetlitev ozadja odgovorna za večino porabe energije. V tem primeru je osvetlitev ozadja odgovorna za manj kot 1/3 porabe energije. Za podaljšanje življenjske dobe baterije v stanju pripravljenosti bo potrebno stikalo, ki v celoti izključi napajanje LCD -zaslona.

Tipkovnica črpa tudi več energije, kot je bilo pričakovano. Tudi če je Bluetooth prekinjen z vgrajenim trdim stikalom, je baterija odklopljena (da se izognete porabi energije za polnjenje) in ugasnjene LED diode še vedno porabi 80 mA. LED diode na tipkovnici resno vplivajo na porabo energije. Vse svetleče diode pri največji svetlosti povečajo porabo energije za 130 mA (skupaj 210 mA). Vse svetleče diode pri minimalni svetlosti povečajo porabo energije za 40 mA. Konzervativnejši LED učinki pri minimalni svetlosti lahko porabijo praktično od nič do približno 20 mA. Ti so dobra izbira, če želite učinke, saj le pri 1,5 urah skrajšajo življenjsko dobo baterije pri normalni uporabi.

Baterija LiPo bo verjetno porabila nekaj energije in ne bo imela popolne učinkovitosti, zato je življenjska doba baterije v "resničnem svetu" lahko manjša od zgoraj navedenih teoretičnih številk.

Korak: Oblikovanje CAD

Za udobno tipkanje sem potreboval mehansko tipkovnico. Ta model je 60%, zato izpusti številčnico in podvoji številne tipke s plastmi. Primarni del tipkovnice je enake velikosti in postavitve kot tipična tipkovnica. Za zmanjšanje porabe energije je bil izbran majhen LCD.

Začel sem s skiciranjem osnovne zasnove, nato pa nadaljeval s CAD modeliranjem v Autodesku Fusion 360. Moral sem iti skozi več revizij, da je bilo ohišje čim bolj kompaktno, hkrati pa je bilo vse v redu. V celotnem procesu so bile narejene številne spremembe. Nekatere od teh se ne odražajo na fotografijah, saj sem po tiskanju spremenil, so pa prisotne v datotekah STL

Moj 3D tiskalnik je povprečne velikosti, zato je bilo treba vsak del razdeliti na dva dela, da se prilegata postelji. Polovici sta združeni z vložki za toplotno nastavitev M3 in vijaki M3 z lepilom Gorilla v šivu za povečanje trdnosti.

V spodnji polovici ohišja sta le tipkovnica in baterije. Vse ostale komponente so na vrhu/pokrovu.

Ohišje je zasnovano tako, da je tipkovnica nagnjena, ko odprete pokrov, kar poveča udobje tipkanja. Majhni magneti se uporabljajo za ohranjanje zaprtega pokrova. Ti niso tako močni, kot bi si želel in verjetno bom v prihodnosti oblikoval kakšen zapah.

3. korak: 3D tiskanje ohišja

Sprva nisem nameraval iti s to barvno shemo bonbonov, ampak mi je vedno zmanjkalo filamentov in tako sem končal. Deli lahko natisnete v kateri koli barvi in materialu, ki vam je všeč. Uporabil sem PLA, vendar priporočam uporabo PETG, če je mogoče. PETG je močnejši in ni tako nagnjen k deformacijam pri vročini.

Za vse dele boste morali uporabiti nosilce. Prav tako toplo priporočam uporabo nastavitev Cura "Fuzzy" pri nizki vrednosti (debelina: 0,1, gostota: 10). Tako bo površina delov dobila lepo teksturirano površino, ki je odlična za skrivanje linijskih slojev.

Po tiskanju delov boste želeli spajkalnik segreti. Potem jih lahko samo potisnete v večje luknje. Ko vstopijo, bodo stopili plastiko, nato pa se bodo trdno držali, ko se plastika ohladi.

Dva spodnja dela bo treba najprej zlepiti skupaj. Polovico šiva namočite z vodo, nato pa drugi polovici šiva dodajte tanko plast lepila Gorilla. Nato trdno privijte dva vijaka M3. S sponkami držite oba dela skupaj in obrišite odvečno lepilo. Objemke pustite 24 ur, da se lepilo popolnoma strdi. Nato vstavite ležaje v luknje.

Ta postopek boste ponovili z zgornjimi deli, vendar jih morate pred lepljenjem/privijanjem delov vstaviti v ležaje. Ko sestavite dva dela, ne boste mogli razstaviti.

4. korak: Spremenite LCD in tipkovnico

Ta LCD je zasnovan kot zaslon na dotik (funkcije, ki jih ne uporabljamo) in ima na zadnji strani ženski zatič za priključitev na GPIO zatiče Raspberry Pi. Ta glava dramatično poveča debelino LCD zaslona, zato ga je treba odpraviti. Nisem mogel dobiti dostopa, da bi ga varno odlepil, zato sem ga kar odrezal z Dremelom. Očitno to izniči garancijo za LCD …

Tipkovnica ima podobno težavo, zahvaljujoč stikalu za čip Bluetooth. Ne uporabljamo Bluetootha in dramatično poveča porabo energije. Ko odstranite tipkovnico iz ohišja (vijaki so skriti pod ključi), lahko z vročim zrakom ali spajkalnikom preprosto odklopite stikalo.

5. korak: Nastavitev DietPi in WordGrinder

Namesto OS Raspberry Pi sem se odločil za DietPi. Je lažji in se hitreje zažene. Ponuja tudi nekaj možnosti prilagajanja, ki lahko pomagajo zmanjšati porabo energije (na primer enostavno izklop brezžičnega adapterja). Če želite, lahko uporabite OS Raspberry Pi-celo celotno namizno različico, če želite.

Podrobna navodila za namestitev DietPi so na voljo tukaj:

Nato lahko namestite WordGrinder:

sudo apt-get install wordgrinder

Če želite, da samodejno zažene WordGrinder, preprosto dodajte ukaz "wordgrinder" v datoteko.bashrc.

Vmesnik WiFi lahko onemogočite s konfiguracijskim orodjem DietPi. Vse ostalo deluje približno enako kot pri Raspberry Pi. Predlagam googling vodnike o onemogočanju Bluetootha in povečanju velikosti pisave terminala (če je za vas premajhna).

6. korak: Spajkanje baterije

Preden nadaljujem s tem razdelkom, vam moram dati izjavo o omejitvi odgovornosti:

Li-ionske baterije so potencialno nevarne! Lahko se vnamejo ali eksplodirajo! Nisem niti najmanj odgovoren, če se ubijete ali zažgete hišo. Ne verjemite mi na besedo, kako to varno narediti-raziščite

V redu, s tem vstran, tako sem sestavil baterijo. Priporočljivo je, da varite priključke akumulatorja, vendar nisem imel točkovnega varilca, zato sem jih spajkal.

Preden naredite kaj drugega, se morate prepričati, da imajo vse vaše baterije enako napetost. Če tega ne storijo, bodo v bistvu poskušali drug drugega napolniti, da izenačijo napetost s slabimi rezultati.

Začnite z razbijanjem sponk na vsakem koncu baterij. Za to sem uporabil Dremel z brusnim papirjem. Nato jih namestite, če želite, da bo razmik pravilen. Prepričajte se, da so vsi obrnjeni v isto smer! Te vzporedno ožičimo, tako da bodo priključeni vsi pozitivni priključki in vsi negativni priključki. Med baterijami uporabite malo vročega lepila, da ohranite razmik (vendar jih ne lepite na ohišje).

Vsak priključek premažite s tanko plastjo toka in nato na vrh položite nikljeve trakove, da povežete sponke. Uporabil sem 1,5 trakov na stran. Uporabite največjo konico, ki jo vaš spajkalnik sprejme, in povečajte toploto čim bolj. Nato segrejte vsak terminal in nikljev trak hkrati, pri tem pa nanesite obilno količino spajkanja. Cilj je preprečiti pregrevanje baterij tako, da čim manj časa pridete v stik s spajkalnikom. Prepričajte se, da vaša spajka pravilno teče po sponki in nikljevem traku, nato pa odstranite toploto.

Ko sta vaša dva kompleta štirih baterij spajkana s svojimi nikljevimi trakovi, lahko z žico (18AWG ali višjo) znova povežete oba: pozitivno na pozitivno in negativno na negativno. Nato dve žici daljše dolžine spajkajte na sponke na enem koncu akumulatorja in ju vstavite skozi odprtino. To je tisto, kar bo napajalo LiPo polnilno ploščo.

7. korak: Sestavljanje elektronike

Ta nastavitev bi morala biti dokaj enostavna. Tipkovnico namestite na mesto in jo z originalnimi vijaki pritrdite na nosilce. Na nasprotni strani (v predalu za baterije) priključite kabel USB-C in ga vstavite skozi odprtino do pokrova.

Zgoraj naj se LCD prilega na svoje mesto (preverite, ali je stikalo za osvetlitev ozadja vklopljeno!). Podaljšek USB-C je pritrjen s priloženimi vijaki. Polnilna plošča LiPo je pritrjena z vročim lepilom. Postavite ga tako, da se prepričate, da je mogoče pritisniti gumb in da je zaslon viden skozi okno na pokrovu LCD -ja. Raspberry Pi se prilega jezičkom in malo vročega lepila ga bo pritrdilo.

Kabel USB lahko vodite od desnega izhoda LiPo plošče do Raspberry Pi. Na levem izhodu, ki se uporablja za LCD, nimamo prostora za vtič USB. Odrežite konec kabla USB-A in odstranite zaščito. Potrebujete le rdečo (pozitivno) in črno (negativno) žico. Pozitivna žica bo potekala skozi zgornja dva priključka stikala. Nato boste morali negativne in pozitivne žice spajkati na levi USB izhod na plošči LiPo. Skrajni levi zatič je pozitiven, skrajni desni zatič pa ozemljen (negativen).

Nato samo z vročim lepilom držite vse svoje žice na mestu, tako da so čim bolj "ravne" in ne pritiskajo na pokrov LCD -ja.

8. korak: Končna montaža

Zdaj morate samo priviti pokrovčke LCD-zaslona na vrh-na vrhu so jezički, na katere se lahko pokrov prilega, da LCD drži na svojem mestu-in pokrove baterij na dno.

Dvojni pritisk gumba plošče LiPo vklopi napajanje. Če ga držite, se izklopi napajanje. Stikalo vam omogoča neodvisen nadzor napajanja LCD -zaslona in je odlično za varčevanje z energijo, ko dejansko ne tipkate. Preberite priročnik za tipkovnico, če želite izvedeti, kako upravljati različne učinke LED. Priporočam uporabo minimalne svetlosti in enega bolj subtilnih učinkov za varčevanje z baterijo.

Ko prvič shranite dokument, se bo WordGrinder po tem samodejno shranil. WordGrinder ima preprost vmesnik, vendar veliko bližnjic. Preberite njegove dokumente, če želite izvedeti več o tem, kako deluje. Datoteke lahko prenesete na zunanji računalnik prek povezave SSH-samo znova vklopite adapter WiFi, ko morate prenesti dokumente.

To je to! Če vam je bil ta projekt všeč, razmislite o glasovanju zanj na natečaju "Napajanje iz baterije". Pri oblikovanju FeatherQuilla sem vložil veliko dela in imam idejo, da bi oblikoval podobno napravo z 2-3 krat večjo baterijo. Sledite mi tukaj, da boste na tekočem z mojimi projekti!

Druga nagrada na natečaju na baterije