FeatherQuill - أكثر من 34 ساعة من الكتابة الخالية من الإلهاء: 8 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:35

بواسطة CameronCoward موقعي الشخصي اتبع المزيد من قبل المؤلف:

حول: كاتب لـ Hackster.io و Hackaday.com وآخرين. مؤلف أدلة Idiot: الطباعة ثلاثية الأبعاد ودليل المبتدئين للنمذجة ثلاثية الأبعاد: دليل إلى Autodesk Fusion 360. المزيد حول CameronCoward »مشاريع Fusion 360»

أكتب من أجل لقمة العيش ، وأقضي معظم يوم عملي جالسًا أمام جهاز الكمبيوتر المكتبي الخاص بي أثناء إخراج المقالات. لقد قمت ببناء FeatherQuill لأنني أردت تجربة كتابة مرضية حتى عندما أكون بالخارج. هذا معالج نصوص مخصص وخالي من الإلهاء بأسلوب الكمبيوتر المحمول. تتمثل أهم ميزاته في عمر بطارية طويل للغاية (أكثر من 34 ساعة من الكتابة) ولوحة مفاتيح ميكانيكية ووقت تشغيل سريع

تم تصميم FeatherQuill حول Raspberry Pi Zero W ، والذي تم اختياره لاستهلاكه المنخفض للطاقة. هذا هو تشغيل DietPi من أجل الحفاظ على نظام التشغيل خفيف الوزن قدر الإمكان. عند تشغيله ، سيتم تلقائيًا تحميل معالج كلمات بسيط قائم على المحطة الطرفية يسمى WordGrinder. الوقت المستغرق للانتقال من التشغيل إلى الكتابة حوالي 20-25 ثانية.

تتكون حزمة البطارية من ثماني بطاريات ليثيوم أيون 18650 ، تبلغ سعة كل منها 3100 مللي أمبير في الساعة. السعة الإجمالية كافية لتدوم أكثر من 34 ساعة أثناء الكتابة. يتيح لك مفتاح الجهاز المخصص إيقاف تشغيل شاشة LCD في وضع "الاستعداد". في وضع الاستعداد ، سيستمر Raspberry Pi في العمل كالمعتاد ويمكن أن تستمر حزمة البطارية لأكثر من 83 ساعة.

اللوازم:

• Raspberry Pi Zero W
• 18650 خلية بطارية (x8)
• لوحة شحن LiPo
• شاشة LCD تعمل باللمس مقاس 5 بوصات
• 60٪ لوحة مفاتيح ميكانيكية
• مغناطيس صغير
• محول Micro USB
• شرائط النيكل
• تمديد USB C
• 3mm مجموعة إدراج الحرارة
• مسامير M3
• 608 محامل لوح التزلج
• مفاتيح
• كبلات USB قصيرة وكابل HDMI

اللوازم الإضافية التي قد تحتاجها:

• المشابك
• غراء الغوريلا
• خيوط طابعة ثلاثية الأبعاد
• جندى الجريان
• الأسلاك

أدوات:

• طابعة ثلاثية الأبعاد (استخدمت BIBO)
• لحام الحديد (هذا لي)
• مسدس الغراء الساخن (مثل هذا)
• مفكات البراغي
• مفاتيح ألين / سداسية
• الملفات
• دريميل (غير مطلوب ، ولكنه يساعد على التشذيب / التنظيف حسب الضرورة)

الخطوة 1: استهلاك الطاقة وعمر البطارية

بالنسبة لهذا المشروع ، كان عمر البطارية هو العامل الأكثر أهمية بالنسبة لي. كان هدفي أن أكون قادرًا على اصطحاب FeatherQuill معي في رحلة عطلة نهاية الأسبوع والحصول على حياة كافية للكتابة لبضعة أيام كاملة دون الحاجة إلى إعادة شحنها. أعتقد أنني حققت ذلك. فيما يلي القياسات المختلفة التي أخذتها والاستنتاجات التي توصلت إليها فيما يتعلق بعمر البطارية. ضع في اعتبارك أن 18650 خلية بطارية تأتي بسعات مختلفة ، والنماذج التي استخدمتها لهذا المشروع هي 3100 مللي أمبير لكل منها.

قياسات:

LCD فقط: 1.7 وات (5 فولت 340 مللي أمبير)

شاشة LCD فقط (إيقاف الإضاءة الخلفية): 1.2 وات (5 فولت 240 مللي أمبير)

تشغيل كل شيء (بدون مصابيح LED للوحة المفاتيح): 2.7 وات (5 فولت 540 مللي أمبير)

لوحة المفاتيح غير متصلة: 2.3 واط (5 فولت 460 مللي أمبير)

محور USB غير متصل: 2.3 واط (5 فولت 460 مللي أمبير)

Raspi فقط: 0.6 واط (5 فولت 120 مللي أمبير)

Raspi + Keyboard: 1.35W أو 1.05W؟ (5V 270mA - 210mA ، المتوسط: 240mA)

كل شيء متصل (إيقاف الإضاءة الخلفية): 2.2 واط (5 فولت 440 مللي أمبير)

الاستنتاجات:

Raspi: 120mA

لوحة المفاتيح: 80mA LCD

(ناقص الإضاءة الخلفية): 240 مللي أمبير

الإضاءة الخلفية لشاشات الكريستال السائل: 100 مللي أمبير

إجمالي شاشات الكريستال السائل: 340 مللي أمبير

موزع USB: لا توجد طاقة مستخدمة

الاستخدام العادي: 5V 540mA الاستعداد

(إيقاف تشغيل الإضاءة الخلفية): 5 فولت 440 مللي أمبير

وضع الاستعداد (LCD معطلة تمامًا): القراءات غير متسقة ، لكن 5 فولت ~ 220 مللي أمبير

عمر البطارية مع حزمة بطارية خلية 8 × 18650 3.7 فولت 3100 مللي أمبير في الساعة (الإجمالي: 24 ، 800 مللي أمبير في الساعة):

الاستخدام العادي: 34 ساعة في وضع الاستعداد

(إيقاف الإضاءة الخلفية): 41.5 ساعة

الاستعداد (إيقاف تشغيل شاشة LCD بالكامل): 83.5 ساعة

معلومات وشروحات إضافية:

تم أخذ القياسات باستخدام جهاز رخيص للطاقة وربما لا تكون دقيقة أو دقيقة تمامًا. لكن القراءات متسقة بدرجة كافية بحيث يمكننا افتراض أنها "قريبة بما يكفي" لأغراضنا.

كل شيء يعمل في 5V (الاسمي). كانت قوة الاختبار قادمة من مصدر طاقة USB قياسي على الحائط. ستأتي الطاقة الخاصة بالبناء الفعلي من حزمة بطارية LiPo 18650 عبر لوحة شحن / تعزيز LiPo.

تم اتخاذ هذه القياسات أثناء تشغيل DietPi (وليس نظام Raspberry Pi OS) مع تعطيل كل من WiFi و Bluetooth. تمت إزالة مرافق / خدمات Bluetooth بالكامل.

لا يبدو أن إعداد وحدة المعالجة المركزية DietPi "Power Save" له أي تأثير على الإطلاق.

تستهلك عملية التمهيد مزيدًا من الطاقة ، حيث يتم تشغيل توربو وحدة المعالجة المركزية. يزيد بنحو 40mA أثناء التمهيد.

وقت التمهيد ، من الطاقة إلى WordGrinder ، حوالي 20 ثانية.

لا يبدو أن WordGrinder نفسه يستهلك أي طاقة إضافية.

استهلاك الطاقة لشاشات الكريستال السائل مثير للدهشة. عادةً ما تكون الإضاءة الخلفية مسؤولة عن معظم استهلاك الطاقة. ومع ذلك ، في هذه الحالة ، تكون الإضاءة الخلفية مسؤولة عن أقل من ثلث استهلاك الطاقة. لإطالة عمر البطارية "الاحتياطية" ، يلزم وجود مفتاح لفصل الطاقة عن شاشة LCD تمامًا.

تستمد لوحة المفاتيح أيضًا قوة أكبر مما كان متوقعًا. حتى مع فصل Bluetooth عن المفتاح الثابت المدمج ، وفصل البطارية (لتجنب استخدام الطاقة للشحن) ، وإيقاف تشغيل مصابيح LED ، فإنها لا تزال تستهلك 80 مللي أمبير. تؤثر مصابيح LED الخاصة بلوحة المفاتيح بشكل خطير على استهلاك الطاقة. تعمل جميع مصابيح LED في أقصى سطوع على زيادة استهلاك الطاقة بمقدار 130 مللي أمبير (بإجمالي 210 مللي أمبير). تعمل جميع مصابيح LED عند الحد الأدنى من السطوع على زيادة استهلاك الطاقة بمقدار 40 مللي أمبير. يمكن أن تستهلك تأثيرات LED الأكثر تحفظًا ، عند الحد الأدنى من السطوع ، في أي مكان من لا شيء تقريبًا إلى حوالي 20 مللي أمبير. يعد هذا خيارًا جيدًا إذا كانت التأثيرات مطلوبة ، حيث إنها تقلل عمر بطارية "الاستخدام العادي" بحوالي 1.5 ساعة.

من المحتمل أن تستهلك لوحة بطارية LiPo بعض الطاقة نفسها ولن تتمتع بكفاءة مثالية ، لذلك قد يكون عمر البطارية في "العالم الحقيقي" أقل من الأرقام النظرية المذكورة أعلاه.

الخطوة 2: تصميم CAD

للتأكد من أن الكتابة كانت مريحة ، كنت بحاجة إلى لوحة مفاتيح ميكانيكية. هذا النموذج هو 60٪ ، لذلك يتجاهل لوحة الأرقام ويضاعف العديد من المفاتيح مع الطبقات. الجزء الأساسي من لوحة المفاتيح هو نفس الحجم والتخطيط مثل لوحة المفاتيح النموذجية. تم اختيار شاشة LCD صغيرة للحفاظ على انخفاض استهلاك الطاقة.

لقد بدأت برسم تصميم أساسي ثم انتقلت إلى نمذجة CAD في Autodesk Fusion 360. كان علي أن أخوض في العديد من المراجعات لجعل العلبة مضغوطة قدر الإمكان مع ضمان ملاءمة كل شيء. تم إجراء عدد من التعديلات خلال العملية. لا تنعكس بعض هذه الصور في الصور لأنني أجريت تعديلات بعد الطباعة ، ولكنها موجودة في ملفات STL

طابعاتي ثلاثية الأبعاد ذات حجم متوسط ، لذلك يجب تقسيم كل جزء إلى قطعتين حتى يمكن وضعها على السرير. يتم ربط النصفين بإدراج مجموعة الحرارة M3 ومسامير M3 ، مع غوريلا غراء في التماس لزيادة القوة.

يوجد فقط لوحة المفاتيح والبطاريات في النصف السفلي من العلبة. جميع المكونات الأخرى في الجزء العلوي / الغطاء.

تم تصميم العلبة بحيث تكون لوحة المفاتيح في الزاوية عند فتح الغطاء ، لزيادة راحة الكتابة. تستخدم مغناطيسات صغيرة لإبقاء الغطاء مغلقًا. هذه ليست قوية كما أريد ، وسأقوم على الأرجح بتصميم نوع من المزلاج في المستقبل.

الخطوة 3: طباعة العلبة ثلاثية الأبعاد

لم أكن أنوي استخدام نظام ألوان الحلوى القطنية هذا ، لكن خيوط القطن ظللت تنفد ، وهذا ما انتهى بي المطاف به. يمكنك طباعة الأجزاء بأي لون ومادة تريدها. لقد استخدمت PLA ، لكنني أوصي باستخدام PETG إن أمكن. PETG أقوى وليس عرضة للتشوه في الحرارة.

ستحتاج إلى استخدام دعامات لجميع الأجزاء. أوصي بشدة أيضًا باستخدام إعدادات "Fuzzy" في Cura بقيمة منخفضة (السماكة: 0.1 ، الكثافة: 10). سيعطي هذا أسطح الأجزاء لمسة نهائية لطيفة رائعة لإخفاء خطوط الطبقة.

بعد طباعة أجزائك ، ستحتاج إلى استخدام مكواة لحام للحصول على مجموعة الحرارة الخاصة بك ساخنة. ثم يمكنك دفعهم في الثقوب الأكبر. سوف يذوبون البلاستيك أثناء دخولهم ، ثم يتم تثبيته في مكانه بإحكام بمجرد أن يبرد البلاستيك.

يجب لصق الجزأين السفليين معًا أولاً. احصل على نصف الدرز مبللًا بالماء ثم أضف طبقة رقيقة من غوريلا غراء إلى النصف الآخر من التماس. ثم قم بربط المسامير اللولبية M3 بإحكام. استخدم المشابك لتثبيت الجزأين معًا ومسح الصمغ الزائد. اترك المشابك في مكانها لمدة 24 ساعة لضمان شفاء الصمغ تمامًا. ثم أدخل المحامل في الثقوب.

ستكرر هذه العملية مع الأجزاء العلوية ، لكن عليك إدخالها في المحامل قبل لصق / شد الأجزاء معًا. لن تتمكن من تفكيك الجزأين بعد تجميعهما معًا.

الخطوة 4: تعديل شاشة LCD ولوحة المفاتيح

تم تصميم شاشة LCD هذه لتكون شاشة تعمل باللمس (الوظيفة التي لا نستخدمها) ولها رأس دبوس أنثى في الخلف لتوصيل دبابيس GPIO الخاصة بـ Raspberry Pi. يزيد هذا الرأس بشكل كبير من سمك لوحة LCD ، لذلك يجب أن تذهب. لم أتمكن من الوصول إليه بأمان ، لذا قمت بقطعه فورًا باستخدام جهاز Dremel. من الواضح أن هذا يلغي ضمان LCD الخاص بك …

لوحة المفاتيح لديها مشكلة مماثلة ، وذلك بفضل مفتاح لشريحة البلوتوث. نحن لا نستخدم البلوتوث وهو يزيد بشكل كبير من استهلاك الطاقة. بعد إزالة لوحة المفاتيح من العلبة (يتم إخفاء البراغي تحت المفاتيح) ، يمكنك استخدام الهواء الساخن أو مكواة اللحام لفصل هذا المفتاح ببساطة.

الخطوة 5: إعداد DietPi و WordGrinder

بدلاً من استخدام نظام Raspberry Pi OS ، اخترت استخدام DietPi. إنه خفيف الوزن ويحمل بشكل أسرع. كما أنه يوفر بعض خيارات التخصيص التي يمكن أن تساعد في تقليل استهلاك الطاقة (مثل إيقاف تشغيل المحول اللاسلكي بسهولة). إذا كنت تفضل ذلك ، يمكنك استخدام Raspberry Pi OS - حتى إصدار سطح المكتب الكامل إذا كنت تريد ذلك.

إرشادات التثبيت التفصيلية لـ DietPi متوفرة هنا:

يمكنك بعد ذلك تثبيت WordGrinder:

sudo apt-get install wordgrinder

إذا كنت تريد تشغيل WordGrinder تلقائيًا ، فما عليك سوى إضافة الأمر "wordgrinder" إلى ملف.bashrc الخاص بك.

يمكن تعطيل محول WiFi من خلال أداة تكوين DietPi. كل شيء آخر يعمل تمامًا كما هو الحال مع Raspberry Pi. أقترح أدلة googling لتعطيل Bluetooth وزيادة حجم الخط الطرفي (إذا كان صغيرًا جدًا بالنسبة لك).

الخطوة 6: لحام حزمة البطارية

قبل الشروع في هذا القسم ، يجب أن أقدم لك إخلاء مسؤولية:

بطاريات Li-ion يحتمل أن تكون خطرة! يمكن أن تشتعل فيها النيران أو تنفجر! أنا لست مسؤولاً حتى إذا قتلت نفسك أو أحرقت منزلك. لا تأخذ كلامي عن كيفية القيام بهذا بأمان - قم ببحثك

حسنًا ، مع هذا بعيدًا ، هذه هي الطريقة التي أضع بها حزمة البطارية. من المستحسن أن تقوم بتلحيم توصيلات البطارية ، لكن لم يكن لدي آلة لحام موضعية ولذلك قمت بلحامها بدلاً من ذلك.

قبل أن تفعل أي شيء آخر ، عليك التأكد من أن البطاريات لديك جميعها ذات جهد كهربائي متطابق. إذا لم يفعلوا ذلك ، فسيحاولون بشكل أساسي شحن بعضهم البعض لموازنة الجهد مع النتائج السيئة.

ابدأ بجرجرة الأطراف الموجودة على طرفي البطاريات. لقد استخدمت جهاز Dremel مع قطعة ورق صنفرة للقيام بذلك. ثم ضعهم في مكانهم للحصول على التباعد الصحيح. تأكد من أنهم جميعًا يواجهون نفس الاتجاه! نحن نقوم بتوصيل هذه الأسلاك بشكل متوازٍ ، لذلك سيتم توصيل جميع الأطراف الموجبة وسيتم توصيل جميع الأطراف السالبة. استخدم القليل من الغراء الساخن بين البطاريات للحفاظ على التباعد (لكن لا تلصقها في العلبة).

قم بتغطية كل طرف بطبقة رقيقة من التدفق ثم ضع شرائط النيكل في الأعلى لتوصيل الأطراف. لقد استخدمت 1.5 شريطًا لكل جانب. استخدم أكبر طرف يمكن لمكواة اللحام قبوله ورفع درجة الحرارة إلى أقصى حد. ثم قم بتسخين كل طرف وشريط النيكل في وقت واحد أثناء استخدام كمية كبيرة من اللحام. الهدف هو تجنب ارتفاع درجة حرارة البطاريات عن طريق الاتصال بمكواة اللحام لأقل وقت ممكن. فقط تأكد من أن اللحام الخاص بك يتدفق بشكل صحيح فوق الطرف وشريط النيكل ، ثم أزل الحرارة.

بمجرد أن يتم لحام مجموعتك المكونة من أربع بطاريات بشرائط النيكل الخاصة بها ، يمكنك استخدام سلك (18AWG أو أعلى) لتوصيل الاثنين معًا مرة أخرى: موجب إلى موجب وسالب إلى سلبي. ثم قم بلحام طولين أطول من الأسلاك بالأطراف في أحد طرفي حزمة البطارية وقم بإدخالها من خلال الفتحة. هذه هي ما ستزود لوحة شحن LiPo بالطاقة.

الخطوة 7: تجميع الإلكترونيات

يجب أن يكون هذا الإعداد مباشرًا إلى حد ما. ضع لوحة المفاتيح في مكانها واستخدم البراغي الأصلية لتوصيلها بالدعامات. على الجانب الآخر (في حجرة البطارية) ، قم بتوصيل كابل USB-C وتغذيته من خلال الفتحة إلى الغطاء.

في الجزء العلوي ، يجب أن تستقر شاشة LCD في مكانها بإحكام (تأكد من تشغيل مفتاح الإضاءة الخلفية!). تم تثبيت موسع USB-C في مكانه باستخدام البراغي المرفقة. لوحة شحن LiPo مثبتة في مكانها بالغراء الساخن. ضعه للتأكد من أنه يمكن الضغط على الزر وأن الشاشة مرئية من خلال النافذة في غطاء LCD. يلائم Raspberry Pi علامات التبويب وسيؤمنه القليل من الغراء الساخن.

يمكن تشغيل كبل USB من إخراج لوحة LiPo الصحيح إلى Raspberry Pi. ليس لدينا مساحة لمقبس USB في الإخراج الأيسر ، والذي يستخدم لشاشات الكريستال السائل. قم بقطع طرف USB-A من الكبل وقم بإزالة الغطاء الواقي. ما عليك سوى الأسلاك الحمراء (الإيجابية) والأسود (السلبية). سوف يمر السلك الموجب عبر المحطتين العلويتين للمفتاح. بعد ذلك ، ستحتاج أسلاكك السلبية والإيجابية إلى لحام على مخرج USB الأيسر على لوحة LiPo. دبوس أقصى اليسار موجب والدبوس الأيمن أقصى أرضي (سلبي).

ثم استخدم الغراء الساخن لتثبيت جميع الأسلاك في مكانها بحيث تكون "مسطحة" قدر الإمكان ولا تدفع إلى الخارج على غطاء LCD.

الخطوة 8: التجميع النهائي

الآن كل ما عليك فعله هو تثبيت أغطية LCD على الجزء العلوي - توجد علامات تبويب في الجزء العلوي لتناسب الغطاء أسفله لتثبيت شاشة LCD في مكانه - وأغطية البطارية في الجزء السفلي.

سيؤدي الضغط المزدوج على زر لوحة LiPo إلى تشغيل الطاقة. سيؤدي الضغط عليه إلى إيقاف تشغيل الطاقة. يتيح لك المفتاح التحكم في طاقة شاشة LCD بشكل مستقل وهو رائع لتوفير الطاقة عندما لا تكتب بالفعل. تأكد من قراءة دليل لوحة المفاتيح لمعرفة كيفية التحكم في تأثيرات LED المختلفة. أوصي باستخدام الحد الأدنى من السطوع وأحد التأثيرات الأكثر دقة للحفاظ على البطارية.

بعد حفظ المستند لأول مرة ، سيتم حفظ WordGrinder تلقائيًا بعد ذلك. يحتوي WordGrinder على واجهة بسيطة ، ولكن العديد من الاختصارات. اقرأ مستنداته لمعرفة المزيد حول كيفية عمله. يمكن نقل الملفات إلى كمبيوتر خارجي عبر اتصال SSH - فقط قم بإعادة تشغيل محول WiFi عندما تحتاج إلى نقل المستندات.

هذا كل شيء! إذا أعجبك هذا المشروع ، فالرجاء التفكير في التصويت له في مسابقة "Battery Powered". لقد بذلت الكثير من العمل في تصميم FeatherQuill ولدي فكرة لتصميم جهاز مشابه ببطارية تبلغ 2-3 أضعاف. تابعوني هنا لمواكبة مشاريعي!

الجائزة الثانية في مسابقة تعمل بالبطارية