FeatherQuill: més de 34 hores d'escriptura sense distracció: 8 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:10

Per CameronCoward El meu lloc personal Segueix més de l’autor:

Quant a: Escriptor de Hackster.io, Hackaday.com i altres. Autor de Idiot's Guides: 3D Printing and A Beginner's Guide for 3D Modeling: A Guide to Autodesk Fusion 360. Més informació sobre CameronCoward »Projectes Fusion 360»

Escric per guanyar-me la vida i passo la major part del dia laboral assegut davant de l’ordinador de sobretaula mentre redacto articles. Vaig crear FeatherQuill perquè volia una experiència d'escriptura satisfactòria fins i tot quan estic fora. Es tracta d’un processador de text dedicat i sense distraccions a l’estil d’un ordinador portàtil. Les funcions més importants són la durada de la bateria extremadament llarga (més de 34 hores d’escriptura), un teclat mecànic i un temps d’arrencada ràpid

FeatherQuill està construït al voltant d’un Raspberry Pi Zero W, que s’ha escollit pel seu baix consum d’energia. Això funciona amb DietPi per tal de mantenir el sistema operatiu el més lleuger possible. Quan està activat, carregarà automàticament un simple processador de textos basat en terminal anomenat WordGrinder. El temps que triga a passar de l’encesa a l’escriptura és d’uns 20-25 segons.

El paquet de bateries està format per vuit bateries de ions de liti 18650, cadascuna de les quals té una capacitat de 3100 mAh. La capacitat total és suficient per durar més de 34 hores mentre escriviu. Un commutador de maquinari dedicat us permet apagar la pantalla LCD per a un mode "en espera". En espera, el Raspberry Pi continuarà funcionant amb normalitat i la bateria pot durar més de 83 hores.

Subministraments:

• Raspberry Pi Zero W
• Cèl·lules de bateria 18650 (x8)
• Taula de càrrega LiPo
• Pantalla LCD de 5 "amb pantalla tàctil
• Teclat mecànic del 60%
• Imants petits
• Adaptador micro USB
• Tires de níquel
• Extensió USB C.
• Insercions de jocs de calor de 3 mm
• Cargols M3
• 608 Rodaments de monopatí
• Interruptors
• Cables USB curts i cable HDMI

Subministraments addicionals que necessiteu:

• Pinces
• Cola Gorilla
• Filament d'impressora 3D
• Flux de soldadura
• Filferro

Eines:

• Impressora 3D (he utilitzat un BIBO)
• Soldador (Això és meu)
• Pistola de cola calenta (així)
• Tornavisos
• Claus hexagonals / hexagonals
• Fitxers
• Dremel (no és necessari, però ajuda a retallar / netejar segons sigui necessari)

Pas 1: consum d'energia i durada de la bateria

Per a aquest projecte, la durada de la bateria va ser el factor més important per a mi. El meu objectiu era poder portar FeatherQuill amb mi en un viatge de cap de setmana i tenir la vida suficient per escriure durant un parell de dies sencers sense necessitat de recarregar-lo. Crec que ho he aconseguit. A continuació es mostren les diverses mesures que he pres i les conclusions a què he arribat sobre la durada de la bateria. Tingueu en compte que les cèl·lules de la bateria 18650 tenen diverses capacitats i que els models que he utilitzat per a aquest projecte són de 3100 mAh cadascun.

Mesures:

Només LCD: 1,7 W (5 V 340 mA)

Només LCD (retroiluminació apagada): 1,2 W (5 V 240 mA)

Tot encès (sense LEDs del teclat): 2,7 W (5 V 540 mA)

Teclat desconnectat: 2,3 W (5 V 460 mA)

Hub USB desconnectat: 2,3W (5V 460mA)

Només Raspi: 0,6 W (5 V 120 mA)

Teclat Raspi +: 1,35 W o 1,05 W? (5V 270mA - 210mA, mitjana: 240mA)

Tot connectat (llum de fons apagada): 2,2 W (5 V 440 mA)

Conclusions:

Raspi: 120mA

Teclat: LCD de 80 mA

(menys llum de fons): 240 mA

Retroil·luminació LCD: 100mA

LCD total: 340mA

Hub USB: no s’utilitza energia

Ús normal: 5V 540mA en espera

(Il·luminació de fons apagada): 5V 440mA

En espera (LCD totalment apagat): lectures inconsistents, però de 5V ~ 220mA

Durada de la bateria amb bateria de 8 x 18650 3,7 V 3100 mAh (total: 24, 800 mAh):

Ús normal: 34 hores en espera

(Il·luminació de fons apagada): 41,5 hores

En espera (LCD totalment apagat): 83,5 hores

Informació addicional i explicacions:

Les mesures es van fer mitjançant un monitor d'energia barat i probablement no siguin completament exactes ni precisos. Però les lectures són prou consistents perquè puguem suposar que són "prou properes" per als nostres propòsits.

Tot funciona a 5V (nominal). L’alimentació per provar provenia d’una font d’alimentació de berruga de paret USB estàndard. L’alimentació de la construcció real provindrà d’un paquet de bateries LiPo 18650 mitjançant una placa de càrrega / reforç de LiPo.

Aquests mesuraments es van fer mentre s’executava DietPi (no el sistema operatiu Raspberry Pi) amb WiFi i Bluetooth desactivats. Les utilitats / serveis Bluetooth s’han eliminat completament.

Sembla que la configuració de la CPU "Estalvi d'energia" de DietPi no té cap efecte.

El procés d’arrencada consumeix més energia, ja que la CPU turbo està activada. Augmenta aproximadament 40 mA durant l'arrencada.

El temps d’arrencada, des del poder fins a WordGrinder, és d’uns 20 segons.

WordGrinder en si no sembla consumir cap energia addicional.

El consum d’energia LCD és sorprenent. Normalment, la llum de fons és responsable de la major part del consum d'energia. En aquest cas, però, la llum de fons és responsable de menys d’un terç del consum d’energia. Per ampliar la durada de la bateria "en espera", caldrà un interruptor per desconnectar completament l'alimentació de la pantalla LCD.

El teclat també obté més potència del que s’esperava. Fins i tot amb el Bluetooth desconnectat amb l’interruptor dur integrat, la bateria desconnectada (per evitar l’ús d’alimentació per carregar-se) i els LED apagats, encara consumeix 80 mA. Els LED del teclat tenen un efecte greu sobre el consum d'energia. Tots els LED encesos amb una brillantor màxima augmenten el consum d'energia en 130 mA (per un total de 210 mA). Tots els LED encesos amb una brillantor mínima augmenten el consum d'energia en 40 mA. Els efectes LED més conservadors, amb una brillantor mínima, poden consumir des de pràcticament res fins a uns 20 mA. Aquests són una bona opció si es desitgen efectes, ja que només disminueixen la durada de la bateria "Ús normal" en aproximadament 1,5 hores.

La placa de la bateria LiPo probablement consumirà certa energia i no tindrà una eficiència perfecta, de manera que la durada de la bateria al "món real" pot ser inferior a les xifres teòriques enumerades anteriorment.

Pas 2: disseny CAD

Per garantir que escriure fos còmode, necessitava un teclat mecànic. Aquest model té un 60%, de manera que omet el teclat numèric i dobla moltes tecles amb capes. La part principal del teclat té la mateixa mida i disseny que un teclat típic. Es va triar una petita pantalla LCD per mantenir el consum d'energia baix.

Vaig començar esbossant un disseny bàsic i després vaig passar a la modelització CAD a Autodesk Fusion 360. Vaig haver de fer diverses revisions per fer que la carcassa fos el més compacta possible i assegurar-ho tot. Es van fer diverses modificacions al llarg del procés. Algunes d’aquestes no es reflecteixen a les fotos, ja que vaig fer modificacions després d’imprimir-les, però sí que apareixen als fitxers STL

La meva impressora 3D té una mida mitjana, de manera que cada part s’havia de dividir en dues peces perquè s’adaptessin al llit. Les meitats s’uneixen mitjançant insercions de calor M3 i cargols M3, amb Gorilla Glue a la costura per augmentar la resistència.

A la meitat inferior de la caixa només hi ha el teclat i les bateries. Tots els altres components es troben a la part superior / tapa.

La caixa està dissenyada de manera que el teclat estigui en angle quan s'obre la tapa, per augmentar la comoditat d'escriure. S’utilitzen imants petits per mantenir la tapa tancada. Aquests no són tan forts com voldria i probablement dissenyaré algun tipus de pestell en el futur.

Pas 3: Impressió 3D de la funda

L’original no tenia intenció d’anar amb aquest esquema de colors de cotó de sucre, però em quedava sense filaments i, per tant, amb això vaig acabar. Podeu imprimir les peces amb el color i el material que vulgueu. He utilitzat PLA, però recomanaria utilitzar PETG si és possible. El PETG és més fort i no és tan propens a la deformació en calor.

Haureu d’utilitzar suports per a totes les peces. També recomano fer servir la configuració "Fuzzy" de Cura a un valor baix (gruix: 0,1, densitat: 10). Això donarà a les superfícies de les peces un acabat amb textura agradable que és ideal per amagar les línies de capa.

Després d’imprimir les peces, voldreu fer servir una planxa de soldar per escalfar les insercions del conjunt de calor. A continuació, només cal introduir-los en els forats més grans. Fonen el plàstic a mesura que entren i, a continuació, es mantindran fermament un cop el plàstic es refredi.

Primer s’hauran d’enganxar les dues parts inferiors. Humiteu-vos la meitat de la costura amb aigua i, a continuació, afegiu una fina capa de Gorilla Glue a l’altra meitat de la costura. A continuació, cargoleu bé els dos cargols M3. Utilitzeu pinces per mantenir les dues parts juntes i netegeu l'excés de cola. Deixeu les pinces al seu lloc durant 24 hores per assegurar-vos que la cola estigui completament curada. A continuació, introduïu els coixinets als forats.

Repetireu aquest procés amb les parts superiors, però heu d’inserir-les als coixinets abans d’enganxar-les o cargolar-les. No podreu desmuntar les dues parts després que s’uneixin.

Pas 4: modificació del teclat i del LCD

Aquesta pantalla LCD està dissenyada per ser una pantalla tàctil (funcionalitat que no fem servir) i té una capçalera de pin femella a la part posterior per connectar-se als pins GPIO del Raspberry Pi. Aquesta capçalera augmenta dràsticament el gruix del panell LCD, de manera que ha de funcionar. No he pogut obtenir accés per dessoldar-lo de manera segura, així que l’he tallat amb un Dremel. Viouslybviament, això anul·la la garantia de la pantalla LCD …

El teclat té un problema similar, gràcies a un commutador per al xip Bluetooth. No fem servir Bluetooth i augmenta dràsticament el consum d’energia. Després de treure el teclat de la seva funda (els cargols estan amagats sota les tecles), podeu utilitzar aire calent o un soldador per desconnectar simplement aquest interruptor.

Pas 5: Configuració de DietPi i WordGrinder

En lloc d’utilitzar el sistema operatiu Raspberry Pi, vaig optar per utilitzar DietPi. És més lleuger i bota més ràpid. També ofereix algunes opcions de personalització que poden ajudar a reduir el consum d’energia (com apagar fàcilment l’adaptador sense fils). Si ho preferiu, podeu utilitzar el sistema operatiu Raspberry Pi, fins i tot la versió d’escriptori completa, si voleu.

Les instruccions detallades d’instal·lació de DietPi estan disponibles aquí:

A continuació, podeu instal·lar WordGrinder:

sudo apt-get install wordgrinder

Si voleu que s'iniciï automàticament WordGrinder, només cal afegir l'ordre "wordgrinder" al fitxer.bashrc.

L'adaptador WiFi es pot desactivar mitjançant l'eina de configuració DietPi. Tota la resta funciona pràcticament igual que amb un Raspberry Pi. Us suggeriria guies de Google per desactivar Bluetooth i augmentar la mida del tipus de lletra del terminal (si és massa petit per a vosaltres).

Pas 6: bateria de soldadura

Abans de continuar amb aquesta secció, he de donar-li una exempció de responsabilitat:

Les bateries d’ió li són potencialment perilloses. Poden prendre foc o explotar! No sóc ni el més mínim responsable si es mata a si mateix o es crema la seva casa. No em creguis la paraula sobre com fer això amb seguretat, fes la teva investigació

D’acord, amb això fora del camí, és així com he ajuntat la bateria. Es recomana soldar puntualment les connexions de la bateria, però no tenia soldadora puntual i, per tant, les heu soldat.

Abans de fer qualsevol altra cosa, heu d’assegurar-vos que totes les bateries tinguin un voltatge idèntic. Si no ho fan, bàsicament intentaran carregar-se mútuament per equilibrar la tensió amb mals resultats.

Comenceu per ratllar els terminals de cada extrem de les bateries. Vaig fer servir un Dremel amb una mica de paper de vidre per fer-ho. A continuació, poseu-los al seu lloc per si escau l’espai. Assegureu-vos que tots estiguin orientats a la mateixa direcció. Els connectem en paral·lel, de manera que es connectaran tots els terminals positius i es connectaran tots els terminals negatius. Utilitzeu una mica de cola calenta entre les bateries per mantenir l’espai (però no enganxeu-les a la caixa).

Recobriu cada terminal en una fina capa de flux i, a continuació, col·loqueu tires de níquel a la part superior per connectar-les. He utilitzat 1,5 tires per costat. Utilitzeu el consell més gran que pugui acceptar el vostre soldador i alçeu el foc fins al màxim. A continuació, escalfeu cada terminal i la tira de níquel simultàniament mentre apliqueu una quantitat liberal de soldadura. L’objectiu és evitar el sobreescalfament de les bateries entrant en contacte amb el soldador durant el mínim temps possible. Assegureu-vos que la soldadura flueix correctament sobre el terminal i la tira de níquel i, a continuació, traieu la calor.

Un cop els dos conjunts de quatre bateries estiguin soldats amb les seves tires de níquel, podeu utilitzar filferro (18AWG o superior) per connectar-los junts: positiu a positiu i negatiu a negatiu. A continuació, soldeu dos cables més llargs als terminals d’un dels extrems de la bateria i introduïu-los per l’obertura. Són els que subministraran energia a la placa de càrrega LiPo.

Pas 7: Muntatge d'electrònica

Aquesta configuració hauria de ser bastant senzilla. Col·loqueu el teclat al seu lloc i utilitzeu els cargols originals per fixar-lo als suports. Al costat oposat (al compartiment de la bateria), connecteu el cable USB-C i introduïu-lo per l’obertura que va cap a la tapa.

A la part superior, la pantalla LCD hauria d’adaptar-se perfectament al lloc (assegureu-vos que l’interruptor de llum de fons estigui engegat). L'extensor USB-C es cargola al lloc mitjançant els cargols subministrats. La placa de càrrega LiPo es manté al seu lloc amb cola calenta. Col·loqueu-lo per assegurar-vos que es pot prémer el botó i que la pantalla sigui visible a través de la finestra de la coberta LCD. El Raspberry Pi s’adapta a les pestanyes i una mica de cola calenta l’assegurarà.

Es pot executar un cable USB des de la sortida correcta de la placa LiPo fins al Raspberry Pi. No tenim espai per al connector USB de la sortida esquerra, que s’utilitza per a la pantalla LCD. Talleu l’extrem USB-A d’un cable i traieu el blindatge. Només necessiteu els cables vermells (positius) i negres (negatius). El cable positiu passarà pels dos terminals superiors del commutador. Llavors, els cables negatius i positius hauran de soldar-se a la sortida USB esquerra de la placa LiPo. El pin de l’extrem esquerre és positiu i el de l’extrem dret està mòlt (negatiu).

A continuació, només cal que utilitzeu cola calenta per mantenir tots els cables al seu lloc de manera que quedin el més "plans" possibles i no tirin cap a la tapa de la pantalla LCD.

Pas 8: Assemblea final

Ara tot el que heu de fer és cargolar les tapes de la pantalla LCD a la part superior; hi ha pestanyes a la part superior perquè la coberta hi càpiga per mantenir la pantalla LCD al lloc i les tapes de la bateria a la part inferior.

Si premeu dues vegades el botó de la placa LiPo, s’encendrà. Si la manteniu premuda, s’apagarà. El commutador us permet controlar l'alimentació de la pantalla LCD de manera independent i és ideal per estalviar energia quan realment no escriviu. Llegiu el manual del teclat per aprendre a controlar els diversos efectes LED. Recomano utilitzar la brillantor mínima i un dels efectes més subtils per conservar la bateria.

Després de desar un document per primera vegada, WordGrinder es desarà automàticament després. WordGrinder té una interfície senzilla, però moltes dreceres. Llegiu els documents per obtenir més informació sobre el seu funcionament. Els fitxers es poden transferir a un ordinador extern mitjançant una connexió SSH; només cal que torneu a activar l’adaptador WiFi quan necessiteu transferir documents.

Això és! Si us ha agradat aquest projecte, penseu en votar-hi al concurs "Alimentat per bateria". Em dedico molt a dissenyar FeatherQuill i tinc la idea de dissenyar un dispositiu similar amb 2-3 vegades la bateria. Segueix-me aquí per estar al dia dels meus projectes.

Accèssit al concurs de bateries