FeatherQuill - Penulisan Bebas Gangguan selama 34+ Jam: 8 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:06

Oleh CameronCoward Laman Peribadi Saya Ikuti Lagi oleh pengarang:

Tentang: Penulis untuk Hackster.io, Hackaday.com, dan lain-lain. Pengarang Panduan Idiot: Percetakan 3D dan Panduan Pemula untuk Pemodelan 3D: Panduan untuk Autodesk Fusion 360. Lebih Lanjut Mengenai CameronCoward »Projek Fusion 360»

Saya menulis untuk mencari nafkah, dan menghabiskan sebahagian besar hari kerja saya duduk di hadapan komputer desktop saya sambil mengeluarkan artikel. Saya membina FeatherQuill kerana saya mahukan pengalaman menaip yang memuaskan walaupun saya berada di luar sana. Ini adalah pemproses kata khusus dan bebas gangguan dalam gaya komputer riba. Ciri terpentingnya adalah hayat bateri yang sangat lama (34+ jam menaip), papan kekunci mekanikal, dan masa boot yang cepat

FeatherQuill dibina di sekitar Raspberry Pi Zero W, yang dipilih untuk penggunaan tenaga yang rendah. Yang menjalankan DietPi untuk memastikan OS ringan mungkin. Apabila dihidupkan, secara automatik akan memuat pemproses kata berasaskan terminal sederhana yang disebut WordGrinder. Masa yang diperlukan untuk beralih dari menyalakan kuasa hingga menaip adalah sekitar 20-25 saat.

Pek bateri terbuat dari lapan bateri lithium-ion 18650, yang masing-masing mempunyai kapasiti 3100mAh. Jumlah kapasiti cukup untuk bertahan 34+ jam semasa menaip. Suis perkakasan khusus membolehkan anda mematikan LCD untuk mod "bersedia". Dalam keadaan siap sedia, Raspberry Pi akan terus berjalan seperti biasa dan bateri boleh bertahan lebih dari 83 jam.

Bekalan:

• Raspberry Pi Zero W
• 18650 Sel Bateri (x8)
• Lembaga Pengecas LiPo
• LCD Skrin Sentuh 5"
• Papan Kekunci Mekanikal 60%
• Magnet Kecil
• Penyesuai USB Mikro
• Jalur Nikel
• Sambungan USB C
• Sisipan Panas 3mm
• Skru M3
• 608 Galas papan selaju
• Suis
• Kabel USB Pendek dan Kabel HDMI

Bekalan Tambahan yang Mungkin Anda Perlu:

• Pengapit
• Gam Gorilla
• Filamen Pencetak 3D
• Flux Pateri
• Kawat

Alat:

• Pencetak 3D (saya menggunakan BIBO)
• Soldering Iron (Ini milik saya)
• Hot Glue Gun (Seperti ini)
• Pemacu skru
• Kekunci Allen / hex
• Fail
• Dremel (Tidak diperlukan, tetapi membantu memangkas / membersihkan jika perlu)

Langkah 1: Penggunaan Kuasa dan Hayat Bateri

Untuk projek ini, jangka hayat bateri adalah faktor terpenting bagi saya. Tujuan saya adalah untuk dapat mengambil FeatherQuill dengan saya dalam perjalanan hujung minggu dan mempunyai cukup masa untuk menulis selama beberapa hari penuh tanpa perlu mengisinya semula. Saya rasa saya telah mencapainya. Berikut adalah pelbagai pengukuran yang saya ambil dan kesimpulan yang saya dapat mengenai hayat bateri. Perlu diingat bahawa 18650 sel bateri terdapat dalam pelbagai kapasiti, dan masing-masing model yang saya gunakan untuk projek ini adalah 3100mAh.

Pengukuran:

LCD Sahaja: 1.7W (5V 340mA)

LCD Sahaja (Lampu Latar Mati): 1.2W (5V 240mA)

Segala-galanya (Tanpa LED Papan Kekunci): 2,7W (5V 540mA)

Papan Kekunci Terputus: 2.3W (5V 460mA)

Hab USB Terputus: 2.3W (5V 460mA)

Raspi Sahaja: 0.6W (5V 120mA)

Papan Kekunci Raspi +: 1.35W atau 1.05W? (5V 270mA - 210mA, purata: 240mA)

Semua yang Terhubung (Lampu Latar Mati): 2.2W (5V 440mA)

Kesimpulan:

Raspi: 120mA

Papan Kekunci: LCD 80mA

(tolak lampu latar): 240mA

Lampu latar LCD: 100mA

Jumlah LCD: 340mA

Hab USB: Tiada kuasa yang digunakan

Penggunaan Biasa: Siap sedia 5V 540mA

(Lampu Latar Mati): 5V 440mA

Bersedia (Matikan LCD Sepenuhnya): Bacaan tidak konsisten, tetapi 5V ~ 220mA

Hayat Bateri dengan pek bateri sel 8 x 18650 3.7V 3100mAh (jumlah: 24, 800mAh):

Penggunaan Biasa: Bersedia 34 Jam

(Lampu Latar Mati): 41.5 Jam

Bersedia (Matikan LCD Sepenuhnya): 83.5 Jam

Maklumat dan Penjelasan Tambahan:

Pengukuran dilakukan menggunakan monitor tenaga yang murah dan mungkin tidak sepenuhnya tepat atau tepat. Tetapi bacaannya cukup konsisten sehingga kita dapat menganggapnya "cukup dekat" untuk tujuan kita.

Semuanya berjalan pada 5V (nominal). Kuasa untuk pengujian berasal dari bekalan kuasa kutil dinding USB standard. Kuasa untuk binaan sebenar akan datang dari pek bateri LiPo 18650 melalui papan pengisian / penggalak LiPo.

Pengukuran ini diambil semasa menjalankan DietPi (bukan OS Raspberry Pi) dengan WiFi dan Bluetooth dilumpuhkan. Utiliti / perkhidmatan Bluetooth dikeluarkan sepenuhnya.

Tetapan CPU DietPi "Power Save" sepertinya sama sekali tidak memberi kesan.

Proses boot menggunakan lebih banyak tenaga, kerana turbo CPU dihidupkan. Meningkat sekitar 40mA semasa boot.

Masa boot, dari kuasa ke WordGrinder, adalah sekitar 20 saat.

WordGrinder sendiri sepertinya tidak menggunakan kuasa tambahan.

Penggunaan kuasa LCD sangat mengejutkan. Biasanya, lampu latar bertanggungjawab untuk sebahagian besar penggunaan tenaga. Walau bagaimanapun, dalam kes ini, lampu latar bertanggungjawab untuk kurang dari 1/3 penggunaan kuasa. Untuk memanjangkan jangka hayat bateri "siap sedia", sakelar diperlukan untuk memutuskan sepenuhnya kuasa ke LCD.

Papan kekunci juga menarik lebih banyak kuasa daripada yang dijangkakan. Walaupun Bluetooth terputus dengan pengeras suara bawaan, bateri terputus (untuk mengelakkan penggunaan kuasa untuk mengecas), dan LED dimatikan, ia masih menggunakan 80mA. LED papan kekunci mempunyai kesan serius terhadap penggunaan kuasa. Semua LED yang menyala pada kecerahan maksimum meningkatkan penggunaan kuasa sebanyak 130mA (untuk keseluruhan 210mA). Semua LED yang menyala pada kecerahan minimum meningkatkan penggunaan kuasa sebanyak 40mA. Kesan LED yang lebih konservatif, dengan kecerahan minimum, boleh memakan mana-mana sahaja dari hampir 20mA. Itu adalah pilihan yang baik jika kesan diinginkan, kerana ia hanya mengurangkan jangka hayat bateri "Penggunaan Biasa" sekitar 1.5 jam.

Papan bateri LiPo kemungkinan akan menggunakan sedikit tenaga itu sendiri dan tidak akan mempunyai kecekapan yang sempurna, jadi jangka hayat bateri di "dunia nyata" mungkin kurang daripada nombor teori yang disenaraikan di atas.

Langkah 2: Reka Bentuk CAD

Untuk memastikan bahawa menaip selesa, saya memerlukan papan kekunci mekanikal. Model ini 60%, jadi ia menghilangkan pad nombor dan menggandakan banyak kunci dengan lapisan. Bahagian utama papan kekunci adalah ukuran dan susun atur yang sama dengan papan kekunci biasa. LCD kecil dipilih untuk mengurangkan penggunaan kuasa.

Saya mulakan dengan membuat sketsa reka bentuk asas dan kemudian melanjutkan ke pemodelan CAD di Autodesk Fusion 360. Saya perlu melalui beberapa semakan untuk menjadikan kes itu sekerap mungkin sambil memastikan semuanya sesuai. Sejumlah perubahan dibuat sepanjang proses tersebut. Beberapa dari mereka tidak tercermin dalam foto ketika saya membuat modifikasi setelah mencetak, tetapi terdapat dalam fail STL

Pencetak 3D saya berukuran rata-rata, jadi setiap bahagian harus dibahagikan kepada dua keping sehingga boleh dipasang di tempat tidur. Bahagiannya digabungkan dengan sisipan set haba M3 dan skru M3, dengan Lem Gorilla di jahitan untuk meningkatkan kekuatan.

Hanya papan kekunci dan bateri yang diletakkan di bahagian bawah casing. Semua komponen lain berada di bahagian atas / penutup.

Sarung ini dirancang supaya papan kekunci berada pada sudut ketika penutup dibuka, untuk meningkatkan keselesaan menaip. Magnet kecil digunakan untuk menutup penutupnya. Itu tidak sekuat yang saya mahukan dan saya mungkin akan merancang semacam kait pada masa akan datang.

Langkah 3: Mencetak 3D Kes

Saya tidak bermaksud menggunakan skema warna gula-gula kapas ini, tetapi saya terus kehabisan filamen dan inilah yang akhirnya saya dapatkan. Anda boleh mencetak bahagian dalam warna dan bahan apa sahaja yang anda suka. Saya menggunakan PLA, tetapi akan mengesyorkan menggunakan PETG jika boleh. PETG lebih kuat dan tidak terdedah kepada ubah bentuk panas.

Anda perlu menggunakan sokongan untuk semua bahagian. Saya juga sangat mengesyorkan menggunakan tetapan "Fuzzy" Cura pada nilai rendah (Ketebalan: 0.1, Ketumpatan: 10). Ini akan memberikan permukaan bahagian dengan kemasan bertekstur yang bagus untuk menyembunyikan garis lapisan.

Setelah mencetak alat ganti anda, anda pasti mahu menggunakan besi pematerian agar sisipan set panas anda menjadi panas. Kemudian anda boleh memasukkannya ke lubang yang lebih besar. Mereka akan mencairkan plastik semasa masuk, dan kemudian akan dipegang dengan kuat setelah plastik sejuk.

Kedua-dua bahagian bawah perlu dilekatkan bersama terlebih dahulu. Lapiskan separuh daripada jahitan dengan air dan kemudian tambahkan lapisan Gorilla Glue nipis ke separuh jahitan yang lain. Kemudian pasangkan kedua-dua skru M3 dengan ketat. Gunakan penjepit untuk menyatukan kedua-dua bahagian dan bersihkan lebihan gam. Biarkan penjepit di tempat selama 24 jam untuk memastikan lemnya sembuh sepenuhnya. Kemudian masukkan galas ke dalam lubang.

Anda akan mengulangi proses ini dengan bahagian atas, tetapi perlu memasukkannya ke dalam galas sebelum melekatkan / mengikat bahagiannya. Anda tidak akan dapat membongkar kedua-dua bahagian setelah disatukan.

Langkah 4: Mengubah LCD dan Papan Kekunci

LCD ini direka untuk menjadi skrin sentuh (fungsi yang tidak kita gunakan) dan mempunyai header pin wanita di bahagian belakang untuk menyambung ke pin GPIO Raspberry Pi. Pengepala itu secara mendadak meningkatkan ketebalan panel LCD, jadi ia harus dilakukan. Saya tidak dapat mengaksesnya dengan selamat, jadi saya memotongnya dengan Dremel. Jelas sekali, ini membatalkan jaminan LCD anda…

Papan kekunci mempunyai masalah yang serupa, berkat pertukaran untuk cip Bluetooth. Kami tidak menggunakan Bluetooth dan ini meningkatkan penggunaan kuasa secara dramatik. Setelah mengeluarkan papan kekunci dari casingnya (skru tersembunyi di bawah kunci), anda boleh menggunakan udara panas atau besi pematerian untuk melepaskan suis itu.

Langkah 5: Menyiapkan DietPi dan WordGrinder

Daripada menggunakan Raspberry Pi OS, saya memilih untuk menggunakan DietPi. Lebih ringan dan but lebih pantas. Ia juga menawarkan beberapa pilihan penyesuaian yang dapat membantu mengurangkan penggunaan tenaga (seperti mematikan penyesuai wayarles dengan mudah). Sekiranya anda mahu, anda boleh menggunakan Raspberry Pi OS-bahkan versi desktop penuh jika anda mahu.

Arahan pemasangan terperinci untuk DietPi terdapat di sini:

Anda kemudian boleh memasang WordGrinder:

sudo apt-get install wordgrinder

Sekiranya anda mahu melancarkan WordGrinder secara automatik, cukup tambahkan perintah "wordgrinder" ke fail.bashrc anda.

Penyesuai WiFi boleh dilumpuhkan melalui alat konfigurasi DietPi. Semua yang lain berfungsi sama seperti Raspberry Pi. Saya cadangkan panduan googling untuk melumpuhkan Bluetooth dan meningkatkan saiz fon terminal (jika terlalu kecil untuk anda).

Langkah 6: Pek Bateri Pematerian

Sebelum meneruskan bahagian ini, saya harus memberikan penafian:

Bateri Li-ion berpotensi berbahaya! Mereka boleh terbakar atau meletup! Saya sama sekali tidak bertanggungjawab sekiranya anda membunuh diri atau membakar rumah anda. Jangan kata saya untuk bagaimana melakukan ini dengan selamat - lakukan penyelidikan anda

Baiklah, dengan cara yang tidak betul, inilah cara saya mengumpulkan pek bateri. Anda mengesyorkan agar anda mengimpal sambungan bateri, tetapi saya tidak mempunyai tukang las dan jadi saya menyoldernya.

Sebelum melakukan perkara lain, anda harus memastikan bahawa bateri anda semua mempunyai voltan yang sama. Sekiranya tidak, mereka pada dasarnya akan cuba mengecas satu sama lain untuk mengimbangkan voltan dengan hasil yang buruk.

Mulailah dengan memasang terminal pada setiap hujung bateri anda. Saya menggunakan Dremel dengan sedikit kertas pasir untuk melakukannya. Kemudian letakkan pada tempatnya agar jaraknya betul. Pastikan mereka semua menghadap ke arah yang sama! Kami menyambungkannya secara selari, jadi semua terminal positif akan dihubungkan dan semua terminal negatif akan disambungkan. Gunakan sedikit gam panas antara bateri untuk menjaga jarak (tetapi jangan lekatkan ke casing).

Lapisi setiap terminal dalam lapisan fluks nipis dan kemudian letakkan jalur nikel di atas untuk menyambungkan terminal. Saya menggunakan 1.5 helai setiap sisi. Gunakan hujung terbesar yang boleh diterima oleh besi pematerian anda dan naikkan api setinggi yang akan ada. Kemudian panaskan setiap terminal dan jalur nikel secara serentak sambil menggunakan jumlah pateri yang bebas. Tujuannya adalah untuk mengelakkan bateri terlalu panas dengan melakukan kontak dengan besi pematerian sekerap mungkin. Pastikan pateri anda mengalir dengan betul di atas terminal dan jalur nikel, kemudian keluarkan haba.

Setelah dua set empat bateri anda disolder dengan jalur nikelnya, anda boleh menggunakan wayar (18AWG atau lebih tinggi) untuk menghubungkan kedua-duanya sekali lagi: positif ke positif dan negatif ke negatif. Kemudian pateri dua wayar yang lebih panjang ke terminal di satu hujung pek bateri anda dan beri mereka melalui bukaan. Itulah yang akan membekalkan kuasa ke papan pengecas LiPo.

Langkah 7: Pemasangan Elektronik

Penyediaan ini harus cukup mudah. Pasang papan kekunci di tempatnya dan gunakan skru asal untuk memasangkannya ke penyokong. Di seberang (di ruang bateri), pasangkan kabel USB-C dan masukkannya melalui bukaan ke penutup.

Di bahagian atas, LCD harus dipasang dengan pas di tempatnya (pastikan suis lampu latar menyala!). Pemanjang USB-C disekat ke tempatnya menggunakan skru yang disediakan. Papan pengecas LiPo dipegang di tempat dengan gam panas. Posisikannya untuk memastikan butang dapat ditekan dan layar dapat dilihat melalui tingkap di penutup LCD. Raspberry Pi sesuai dengan tab dan sedikit gam panas akan mengamankannya.

Kabel USB boleh dijalankan dari output papan LiPo kanan ke Raspberry Pi. Kami tidak mempunyai ruang untuk palam USB pada output kiri, yang digunakan untuk LCD. Potong kabel USB-A dari kabel dan tanggalkan pelindung. Anda hanya memerlukan wayar merah (positif) dan hitam (negatif). Kawat positif akan melalui dua terminal suis teratas. Kemudian wayar negatif dan positif anda perlu disolder ke output USB kiri pada papan LiPo. Pin paling kiri positif dan pin paling kanan adalah tanah (negatif).

Kemudian gunakan gam panas untuk menahan semua wayar anda di tempat agar setebal mungkin dan jangan keluar penutup LCD.

Langkah 8: Perhimpunan Akhir

Sekarang yang perlu anda lakukan ialah pasangkan penutup LCD ke bahagian atas-terdapat tab di bahagian atas agar penutupnya pas di bawah untuk menahan LCD di tempat-dan penutup bateri ke bahagian bawah.

Menekan dua kali butang papan LiPo akan menghidupkan kuasa. Menahannya akan mematikan kuasa. Suis ini membolehkan anda mengawal kuasa ke LCD secara bebas dan bagus untuk menjimatkan kuasa apabila anda sebenarnya tidak menaip. Pastikan anda membaca manual papan kekunci untuk mengetahui cara mengawal pelbagai kesan LED. Saya cadangkan menggunakan kecerahan minimum dan salah satu kesan yang lebih halus untuk menjimatkan bateri.

Setelah menyimpan dokumen untuk kali pertama, WordGrinder akan menyimpan secara automatik selepas itu. WordGrinder mempunyai antara muka yang sederhana, tetapi banyak jalan pintas. Baca dokumennya untuk mengetahui lebih lanjut mengenai cara kerjanya. Fail boleh dipindahkan ke komputer luaran melalui sambungan SSH-hanya menghidupkan semula penyesuai WiFi apabila anda perlu memindahkan dokumen.

Itu sahaja! Sekiranya anda menyukai projek ini, pertimbangkan untuk memilihnya dalam peraduan "Powered Battery". Saya berusaha untuk merancang FeatherQuill dan mempunyai idea untuk merancang peranti yang serupa dengan bateri 2-3 kali. Ikuti saya di sini untuk mengikuti perkembangan projek saya!

Hadiah Kedua dalam Peraduan Bertenaga Bateri