FeatherQuill - 34+ stundas bez uzmanības novēršanas: 8 soļi (ar attēliem)

2025 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2025-01-23 14:59

Autors: CameronCowardMana personīgā vietneSeko vairāk autoram:

Par: rakstnieks vietnēm Hackster.io, Hackaday.com un citiem. Idiotu ceļvežu autors: 3D drukāšana un iesācēju ceļvedis 3D modelēšanā: ceļvedis Autodesk Fusion 360. Vairāk par CameronCoward »Fusion 360 projekti»

Es rakstu, lai dzīvotu, un lielāko darba dienas daļu pavadu, sēžot pie sava galddatora, rakstot rakstus. Es izveidoju FeatherQuill, jo vēlējos apmierinošu rakstīšanas pieredzi pat tad, kad esmu ārā. Šis ir īpašs, bez uzmanības novēršanas vārdu procesors klēpjdatora stilā. Tās vissvarīgākās funkcijas ir ārkārtīgi ilgs akumulatora darbības laiks (vairāk nekā 34 stundas rakstīšanas), mehāniskā tastatūra un ātrs sāknēšanas laiks

FeatherQuill ir veidots ap Raspberry Pi Zero W, kas tika izvēlēts zemā enerģijas patēriņa dēļ. Tas darbojas ar DietPi, lai saglabātu OS pēc iespējas vieglāku. Kad tas ir ieslēgts, tas automātiski ielādēs vienkāršu termināļa tekstapstrādi, ko sauc par WordGrinder. Laiks, kas nepieciešams, lai pārietu no ieslēgšanas līdz rakstīšanai, ir aptuveni 20–25 sekundes.

Akumulators ir izgatavots no astoņām 18650 litija jonu baterijām, katra no tām ir 3100 mAh ietilpība. Kopējā ietilpība ir pietiekama, lai rakstīšanas laikā izturētu vairāk nekā 34 stundas. Īpašs aparatūras slēdzis ļauj izslēgt LCD “gaidīšanas” režīmam. Gaidīšanas režīmā Raspberry Pi turpinās darboties kā parasti, un akumulators var ilgt vairāk nekā 83 stundas.

Piegādes:

• Raspberry Pi Zero W
• 18650 akumulatora elementi (x8)
• LiPo uzlādes padome
• 5 collu LCD skārienekrāns
• 60% mehāniskā tastatūra
• Mazie magnēti
• Micro USB adapteris
• Niķeļa sloksnes
• USB C pagarinājums
• 3 mm siltuma komplekta ieliktņi
• M3 Skrūves
• 608 Skeitborda gultņi
• Slēdži
• Īsi USB kabeļi un HDMI kabelis

Jums var būt nepieciešami papildu piederumi:

• Skavas
• Gorilla līme
• 3D printera pavediens
• Lodēšanas plūsma
• Vads

Rīki:

• 3D printeris (es izmantoju BIBO)
• Lodāmurs (tas ir mans)
• Karstās līmes pistole (piemēram, šī)
• Skrūvgrieži
• Sešstūra/sešstūra atslēgas
• Faili
• Dremel (nav nepieciešams, bet pēc vajadzības palīdz apgriezt/sakopt)

1. darbība. Enerģijas patēriņš un akumulatora darbības laiks

Šim projektam akumulatora darbības laiks man bija vissvarīgākais faktors. Mans mērķis bija pavadīt FeatherQuill kopā ar mani nedēļas nogales ceļojumā un pietiekami daudz mīklas mūža, lai rakstītu pāris pilnas dienas bez nepieciešamības to uzlādēt. Es domāju, ka esmu to sasniedzis. Zemāk ir dažādi mērījumi, kurus es veicu, un secinājumi, ko es izdarīju attiecībā uz akumulatora darbības laiku. Paturiet prātā, ka 18650 akumulatora elementi ir dažādās jaudās, un modeļi, kurus izmantoju šim projektam, ir 3100 mAh.

Mērījumi:

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

Tikai LCD (fona apgaismojums izslēgts): 1,2 W (5 V 240 mA)

Viss ieslēgts (bez tastatūras gaismas diodēm): 2,7 W (5V 540mA)

Tastatūra ir atvienota: 2,3 W (5 V 460 mA)

Atvienots USB centrmezgls: 2,3 W (5 V 460 mA)

Tikai Raspi: 0.6W (5V 120mA)

Raspi + tastatūra: 1,35 W vai 1,05 W? (5V 270mA - 210mA, vidēji: 240mA)

Viss savienots (apgaismojums izslēgts): 2,2 W (5 V 440 mA)

Secinājumi:

Raspi: 120 mA

Tastatūra: 80 mA LCD

(mīnus apgaismojums): 240 mA

LCD apgaismojums: 100 mA

Kopējais LCD ekrāns: 340 mA

USB centrmezgls: netiek izmantota strāva

Normāla lietošana: 5V 540mA Gaidīšanas režīmā

(Fona apgaismojums izslēgts): 5V 440mA

Gaidīšanas režīmā (LCD pilnībā izslēgts): rādījumi ir pretrunīgi, bet 5V ~ 220mA

Akumulatora darbības laiks ar 8 x 18650 3.7V 3100mAh šūnu bateriju komplektu (kopā: 24, 800mAh):

Normāla lietošana: 34 stundas gaidīšanas režīmā

(Fona apgaismojums izslēgts): 41,5 stundas

Gaidīšanas režīmā (LCD pilnībā izslēgts): 83,5 stundas

Papildu informācija un skaidrojumi:

Mērījumi tika veikti, izmantojot lētu enerģijas monitoru, un, iespējams, nav pilnīgi precīzi vai precīzi. Bet rādījumi ir pietiekami konsekventi, lai mēs varētu pieņemt, ka tie ir “pietiekami tuvu” mūsu mērķiem.

Viss darbojas pie 5 V (nominālā). Pārbaudei tika piegādāts standarta USB sienas kārpu barošanas avots. Faktiskajai jaudai jauda tiks iegūta no 18650 LiPo akumulatora, izmantojot LiPo uzlādes/pastiprinātāja dēli.

Šie mērījumi tika veikti, palaižot DietPi (nevis Raspberry Pi OS) ar atspējotu gan WiFi, gan Bluetooth. Bluetooth utilītas/pakalpojumi tika pilnībā noņemti.

Šķiet, ka DietPi "Enerģijas taupīšanas" CPU iestatījumam vispār nav nekādas ietekmes.

Sāknēšanas process patērē vairāk enerģijas, jo ir ieslēgts CPU turbo. Palaišanas laikā palielinās par aptuveni 40 mA.

Sāknēšanas laiks no jaudas līdz WordGrinder ir aptuveni 20 sekundes.

Šķiet, ka WordGrinder pats neizmanto papildu enerģiju.

LCD enerģijas patēriņš ir pārsteidzošs. Parasti fona apgaismojums ir atbildīgs par lielāko enerģijas patēriņu. Tomēr šajā gadījumā fona apgaismojums ir atbildīgs par mazāk nekā 1/3 no enerģijas patēriņa. Lai pagarinātu akumulatora darbības laiku gaidstāves režīmā, būs nepieciešams slēdzis, lai pilnībā atvienotu LCD barošanu.

Tastatūra arī patērē vairāk enerģijas, nekā paredzēts. Pat ja Bluetooth ir atvienots ar iebūvēto cieto slēdzi, akumulators ir atvienots (lai izvairītos no strāvas izmantošanas uzlādēšanai) un gaismas diodes ir izslēgtas, tas joprojām patērē 80 mA. Tastatūras gaismas diodes nopietni ietekmē enerģijas patēriņu. Visas gaismas diodes ar maksimālu spilgtumu palielina enerģijas patēriņu par 130 mA (kopā 210 mA). Visas gaismas diodes ar minimālu spilgtumu palielina enerģijas patēriņu par 40 mA. Konservatīvākie LED efekti ar minimālu spilgtumu var patērēt praktiski neko līdz aptuveni 20 mA. Šī ir laba izvēle, ja ir vēlami efekti, jo tie tikai par 1,5 stundām samazina akumulatora darbības laiku normālā lietošanā.

LiPo akumulatora plāksne, iespējams, patērēs nedaudz enerģijas un nebūs perfektas efektivitātes, tāpēc akumulatora darbības laiks "reālajā pasaulē" varētu būt mazāks par iepriekš uzskaitītajiem teorētiskajiem skaitļiem.

2. solis: CAD dizains

Lai nodrošinātu ērtu rakstīšanu, man bija nepieciešama mehāniska tastatūra. Šis modelis ir 60%, tāpēc tas izlaiž ciparu tastatūru un dublē daudz taustiņu ar slāņiem. Tastatūras galvenā daļa ir tāda paša izmēra un izkārtojuma kā tipiska tastatūra. Lai samazinātu enerģijas patēriņu, tika izvēlēts mazs LCD.

Sākumā ieskicēju pamata dizainu un pēc tam ķēros pie CAD modelēšanas programmā Autodesk Fusion 360. Man bija jāiziet vairākas izmaiņas, lai korpuss būtu pēc iespējas kompakts, vienlaikus nodrošinot visu piemērotu. Procesa laikā tika veikti vairāki uzlabojumi. Daži no tiem nav atspoguļoti fotoattēlos, jo pēc drukāšanas es veicu izmaiņas, bet ir atrodami STL failos

Mans 3D printeris ir vidēja izmēra, tāpēc katra daļa bija jāsadala divās daļās, lai tās ietilptu gultā. Pusītes ir savienotas ar M3 siltuma komplekta ieliktņiem un M3 skrūvēm, un šuvē ir Gorilla līme, lai palielinātu izturību.

Korpusa apakšējā daļā ir tikai tastatūra un baterijas. Visas pārējās sastāvdaļas atrodas augšpusē/vākā.

Korpuss ir veidots tā, lai, atverot vāku, tastatūra būtu leņķī, lai palielinātu rakstīšanas komfortu. Lai vāks būtu aizvērts, tiek izmantoti mazi magnēti. Tie nav tik spēcīgi, kā es gribētu, un, iespējams, nākotnē es projektēšu kaut kādu aizbīdni.

3. darbība: korpusa 3D drukāšana

Es sākotnēji negrasījos iet ar šo kokvilnas konfekšu krāsu shēmu, bet man nepārtraukti beidzās kvēldiegs, un tāpēc es ar to nonācu. Jūs varat izdrukāt detaļas jebkurā krāsā un materiālā, kas jums patīk. Es izmantoju PLA, bet, ja iespējams, ieteiktu izmantot PETG. PETG ir spēcīgāks un nav tik pakļauts deformācijai karstumā.

Visām detaļām būs jāizmanto balsti. Es arī ļoti iesaku izmantot Cura "Fuzzy" iestatījumus ar zemu vērtību (biezums: 0,1, blīvums: 10). Tas detaļu virsmām piešķirs jauku teksturētu apdari, kas ir lieliski piemērota slāņu līniju slēpšanai.

Pēc detaļu drukāšanas jūs vēlaties izmantot lodāmuru, lai sakarsētu siltuma komplekta ieliktņus. Tad jūs varat tos vienkārši iespiest lielākos caurumos. Ieejot, tie izkausēs plastmasu, un pēc tam, kad plastmasa būs atdzisusi, tā stingri turēsies vietā.

Abas apakšējās daļas vispirms būs jāpielīmē kopā. Vienu pusi šuves samitriniet ar ūdeni un pēc tam pievienojiet plānu Gorilla līmes kārtu otrajai šuves pusei. Pēc tam cieši ieskrūvējiet abas M3 skrūves. Ar skavām turiet abas daļas kopā un noslaukiet lieko līmi. Atstājiet skavas 24 stundas, lai nodrošinātu, ka līme ir pilnībā sacietējusi. Pēc tam ievietojiet gultņus caurumos.

Jūs atkārtosit šo procesu ar augšējām daļām, taču pirms detaļu salīmēšanas/pieskrūvēšanas tās jāievieto gultņos. Abas detaļas nevarēs izjaukt pēc to salikšanas.

4. darbība: LCD un tastatūras modificēšana

Šis LCD ir veidots kā skārienekrāns (funkcionalitāti mēs neizmantojam), un tā aizmugurē ir sievišķīga tapa, lai izveidotu savienojumu ar Raspberry Pi GPIO tapām. Šī galvene ievērojami palielina LCD paneļa biezumu, tāpēc tai ir jāiet. Es nevarēju piekļūt drošai atkausēšanai, tāpēc es to vienkārši nogriezu ar Dremel. Acīmredzot tas anulē jūsu LCD garantiju …

Tastatūrai ir līdzīga problēma, pateicoties Bluetooth mikroshēmas slēdzim. Mēs neizmantojam Bluetooth, un tas ievērojami palielina enerģijas patēriņu. Pēc tastatūras izņemšanas no korpusa (skrūves ir paslēptas zem taustiņiem), jūs varat izmantot karstu gaisu vai lodāmuru, lai vienkārši atvienotu šo slēdzi.

5. darbība. DietPi un WordGrinder iestatīšana

Tā vietā, lai izmantotu Raspberry Pi OS, es izvēlējos izmantot DietPi. Tas ir vieglāks un zābaki ātrāk. Tas piedāvā arī dažas pielāgošanas iespējas, kas var palīdzēt samazināt enerģijas patēriņu (piemēram, viegli izslēgt bezvadu adapteri). Ja vēlaties, varat izmantot Raspberry Pi OS-pat pilnu darbvirsmas versiju, ja vēlaties.

Detalizētas DietPi instalēšanas instrukcijas ir pieejamas šeit:

Pēc tam varat instalēt WordGrinder:

sudo apt-get instalēt wordgrinder

Ja vēlaties, lai tā automātiski palaistu WordGrinder, vienkārši pievienojiet komandai "wordgrinder".bashrc failu.

WiFi adapteri var atspējot, izmantojot DietPi konfigurācijas rīku. Viss pārējais darbojas gandrīz tāpat kā ar Raspberry Pi. Es ieteiktu googlē atrast rokasgrāmatas par Bluetooth atspējošanu un termināļa fonta lieluma palielināšanu (ja tas jums ir par mazu).

6. solis: akumulatora lodēšana

Pirms turpināt šo sadaļu, man jums ir jāatrāda:

Li-ion akumulatori ir potenciāli bīstami! Viņi var aizdegties vai eksplodēt! Es neesmu pat ne mazākā mērā atbildīgs, ja nogalināsit sevi vai nodedzināsiet savu māju. Neuzticieties manam vārdam par to, kā to droši izdarīt-veiciet izpēti

Labi, ar to, ka es neesmu ceļā, šādi es saliku akumulatoru. Ieteicams punktveida metināt akumulatora savienojumus, bet man nebija metinātāja, tāpēc es to vietā lodēju.

Pirms darāt kaut ko citu, jums jāpārliecinās, vai visām baterijām ir identisks spriegums. Ja viņi to nedara, viņi pamatā mēģinās uzlādēt viens otru, lai līdzsvarotu spriegumu ar sliktiem rezultātiem.

Sāciet, saskrāpējot spailes katrā akumulatora galā. Lai to izdarītu, es izmantoju Dremel ar smilšpapīra uzgali. Pēc tam ievietojiet tos vietā, lai iegūtu pareizu atstarpi. Pārliecinieties, ka tie visi ir vērsti vienā virzienā! Mēs tos vadām paralēli, tāpēc visi pozitīvie spailes tiks savienotas un visi negatīvie spailes tiks pievienotas. Izmantojiet nedaudz karstu līmi starp baterijām, lai saglabātu atstarpes (bet nelīmējiet tās pie korpusa).

Pārklājiet katru spaili plānā plūsmas kārtā un pēc tam novietojiet niķeļa sloksnes uz augšu, lai savienotu spailes. Es izmantoju 1,5 sloksnes katrā pusē. Izmantojiet lielāko galu, ko jūsu lodāmurs var pieņemt, un pagrieziet siltumu tik augstu, cik vien iespējams. Pēc tam sildiet katru termināli un niķeļa sloksni vienlaicīgi, vienlaikus uzklājot daudz lodēšanas. Mērķis ir izvairīties no bateriju pārkaršanas, pēc iespējas īsākā laikā saskaroties ar lodāmuru. Vienkārši pārliecinieties, ka jūsu lodmetāls pareizi plūst pār spaili un niķeļa sloksni, un pēc tam noņemiet siltumu.

Kad jūsu divi četru bateriju komplekti ir pielodēti ar niķeļa sloksnēm, varat izmantot vadu (18AWG vai augstāku), lai atkal savienotu abus: no pozitīva uz pozitīvu un no negatīva uz negatīvu. Pēc tam pielodējiet divus garākus vadus pie spailēm akumulatora bloka vienā galā un izvadiet tos caur atveri. Tas ir tas, kas piegādās enerģiju LiPo uzlādes plāksnei.

7. solis: elektronikas montāža

Šai iestatīšanai vajadzētu būt diezgan vienkāršai. Ievietojiet tastatūru vietā un izmantojiet oriģinālās skrūves, lai to piestiprinātu pie balstiem. Pretējā pusē (akumulatora nodalījumā) pievienojiet USB-C kabeli un izvadiet to caur atveri, kas iet uz vāku.

Augšpusē LCD jābūt cieši pieguļošam (pārliecinieties, vai fona apgaismojuma slēdzis ir ieslēgts!). USB-C pagarinātājs ir ieskrūvēts vietā, izmantojot komplektā iekļautās skrūves. LiPo uzlādes dēlis tiek turēts ar karstu līmi. Novietojiet to tā, lai pārliecinātos, ka pogu var nospiest un vai ekrāns ir redzams caur LCD vāka logu. Raspberry Pi iekļaujas cilnēs, un mazliet karsta līme to nostiprinās.

USB kabeli var vadīt no labās LiPo plates izejas līdz Raspberry Pi. Mums nav vietas USB spraudnim kreisajā izejā, ko izmanto LCD. Nogrieziet kabeļa USB-A galu un noņemiet ekranējumu. Jums ir nepieciešami tikai sarkanie (pozitīvie) un melnie (negatīvie) vadi. Pozitīvais vads iet caur slēdža diviem augšējiem spailēm. Tad jūsu negatīvie un pozitīvie vadi būs jāpielodē uz LiPo plates kreisās USB izejas. Galējā kreisā tapa ir pozitīva, un galējā labākā tapa ir noslīpēta (negatīva).

Pēc tam vienkārši izmantojiet karstu līmi, lai visus vadus turētu vietā, lai tie būtu pēc iespējas "līdzeni" un neizstumtu uz LCD vāka.

8. solis: galīgā montāža

Tagad viss, kas jums jādara, ir pieskrūvēt LCD vākus augšpusē-augšpusē ir cilnes, lai vāks varētu ievietot zem tā, lai LCD noturētos vietā, un akumulatora vāki-apakšā.

Divreiz nospiežot LiPo plates pogu, tiks ieslēgta barošana. Turot to nospiestu, strāva tiks izslēgta. Slēdzis ļauj patstāvīgi kontrolēt LCD barošanu, un tas ir lieliski piemērots enerģijas taupīšanai laikā, kad faktiski nerakstāt. Noteikti izlasiet tastatūras rokasgrāmatu, lai uzzinātu, kā kontrolēt dažādus LED efektus. Lai taupītu akumulatoru, iesaku izmantot minimālo spilgtumu un vienu no smalkākajiem efektiem.

Pēc dokumenta pirmās saglabāšanas WordGrinder automātiski saglabāsies pēc tam. WordGrinder ir vienkāršs interfeiss, taču ir daudz īsceļu. Izlasiet tās dokumentus, lai uzzinātu vairāk par tā darbību. Failus var pārsūtīt uz ārēju datoru, izmantojot SSH savienojumu-vienkārši pārslēdziet WiFi adapteri, kad nepieciešams pārsūtīt dokumentus.

Tieši tā! Ja jums patika šis projekts, lūdzu, apsveriet iespēju balsot par to konkursā "Ar akumulatoru darbināms". Es ieguldīju daudz darba FeatherQuill projektēšanā, un man ir ideja izveidot līdzīgu ierīci ar 2-3 reizes lielāku akumulatora jaudu. Sekojiet man šeit, lai būtu informēts par maniem projektiem!

Otrā balva konkursā ar baterijām