FeatherQuill - 34+ ore di scrittura senza distrazioni: 8 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 09:59

Di CameronCowardIl mio sito personaleSegui di più dell'autore:

Informazioni su: scrittore per Hackster.io, Hackaday.com e altri. Autore di Idiot's Guides: 3D Printing e A Beginner's Guide to 3D Modeling: A Guide to Autodesk Fusion 360. Ulteriori informazioni su CameronCoward » Progetti Fusion 360 »

Scrivo per vivere e trascorro la maggior parte della mia giornata lavorativa seduto davanti al mio computer desktop mentre sforna articoli. Ho creato FeatherQuill perché volevo un'esperienza di digitazione soddisfacente anche quando sono in giro. Questo è un word processor dedicato e privo di distrazioni nello stile di un laptop. Le sue caratteristiche più importanti sono una durata della batteria estremamente lunga (34+ ore di digitazione), una tastiera meccanica e un rapido tempo di avvio

FeatherQuill è costruito attorno a un Raspberry Pi Zero W, che è stato scelto per il suo basso consumo energetico. Questo sta eseguendo DietPi per mantenere il sistema operativo il più leggero possibile. Quando è acceso, caricherà automaticamente un semplice elaboratore di testi basato su terminale chiamato WordGrinder. Il tempo necessario per passare dall'accensione alla digitazione è di circa 20-25 secondi.

Il pacco batteria è composto da otto batterie 18650 agli ioni di litio, ognuna delle quali ha una capacità di 3100 mAh. La capacità totale è sufficiente per oltre 34 ore durante la digitazione. Un interruttore hardware dedicato consente di spegnere l'LCD per una modalità "standby". In standby, il Raspberry Pi continuerà a funzionare normalmente e il pacco batteria può durare più di 83 ore.

Forniture:

• Raspberry Pi Zero W
• 18650 celle della batteria (x8)
• Scheda di ricarica LiPo
• LCD touchscreen da 5"
• Tastiera meccanica al 60%
• Piccoli magneti
• Adattatore Micro USB
• Strisce di nichel
• Estensione USB C
• Inserti per set di calore da 3 mm
• Viti M3
• 608 cuscinetti per skateboard
• Interruttori
• Cavi USB corti e cavo HDMI

Forniture aggiuntive di cui potresti aver bisogno:

• Morsetti
• Colla Gorilla
• Filamento per stampante 3D
• Flusso di saldatura
• Filo

Utensili:

• Stampante 3D (ho usato una BIBO)
• Saldatore (questo è mio)
• Pistola per colla a caldo (come questa)
• Cacciaviti
• Chiavi a brugola/esagonale
• File
• Dremel (non richiesto, ma aiuta a rifinire/ripulire se necessario)

Passaggio 1: consumo energetico e durata della batteria

Per questo progetto, la durata della batteria è stato il fattore più importante per me. Il mio obiettivo era quello di poter portare FeatherQuill con me in un viaggio di fine settimana e avere abbastanza batteria per scrivere per un paio di giorni interi senza bisogno di ricaricarlo. Penso di averlo raggiunto. Di seguito sono riportate le varie misurazioni che ho effettuato e le conclusioni a cui sono giunto sulla durata della batteria. Tieni presente che le celle della batteria 18650 sono disponibili in varie capacità e i modelli che ho usato per questo progetto sono 3100 mAh ciascuno.

Misure:

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

Solo LCD (retroilluminazione spenta): 1,2 W (5 V 240 mA)

Tutto acceso (nessun LED della tastiera): 2,7 W (5 V 540 mA)

Tastiera scollegata: 2,3 W (5 V 460 mA)

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

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

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

Tutto collegato (retroilluminazione spenta): 2,2 W (5 V 440 mA)

Conclusioni:

Raspi: 120mA

Tastiera: LCD da 80 mA

(meno retroilluminazione): 240 mA

Retroilluminazione LCD: 100 mA

LCD totale: 340 mA

Hub USB: nessuna alimentazione utilizzata

Uso normale: standby 5V 540mA

(Retroilluminazione spenta): 5V 440mA

Standby (LCD completamente spento): letture incoerenti, ma 5V ~220mA

Durata della batteria con 8 batterie 18650 da 3,7 V 3100 mAh (totale: 24, 800 mAh):

Uso normale: 34 ore in standby

(Retroilluminazione spenta): 41,5 ore

Standby (LCD completamente spento): 83,5 ore

Ulteriori informazioni e spiegazioni:

Le misurazioni sono state effettuate utilizzando un monitor energetico economico e probabilmente non sono completamente accurate o precise. Ma le letture sono abbastanza coerenti da poter presumere che siano "abbastanza vicine" per i nostri scopi.

Tutto funziona a 5V (nominale). L'alimentazione per i test proveniva da un alimentatore da parete USB standard. L'alimentazione per la build effettiva proverrà da un pacco batteria LiPo 18650 tramite una scheda di ricarica/richiamo LiPo.

Queste misurazioni sono state effettuate durante l'esecuzione di DietPi (non il sistema operativo Raspberry Pi) con WiFi e Bluetooth disabilitati. Le utilità/servizi Bluetooth sono stati completamente rimossi.

L'impostazione della CPU DietPi "Risparmio energetico" non sembra avere alcun effetto.

Il processo di avvio consuma più energia, poiché il turbo della CPU è attivo. Aumenta di circa 40 mA durante l'avvio.

Il tempo di avvio, dall'alimentazione a WordGrinder, è di circa 20 secondi.

WordGrinder stesso non sembra consumare energia aggiuntiva.

Il consumo energetico dell'LCD è sorprendente. In genere, la retroilluminazione è responsabile della maggior parte del consumo energetico. In questo caso, tuttavia, la retroilluminazione è responsabile di meno di 1/3 del consumo energetico. Per prolungare la durata della batteria "in standby", sarà necessario un interruttore per scollegare completamente l'alimentazione dal display LCD.

La tastiera assorbe anche più energia del previsto. Anche con il Bluetooth scollegato con l'interruttore rigido integrato, la batteria scollegata (per evitare di utilizzare l'alimentazione per la ricarica) e i LED spenti, consuma comunque 80 mA. I LED della tastiera hanno un grave effetto sul consumo energetico. Tutti i LED accesi alla massima luminosità aumentano il consumo energetico di 130 mA (per un totale di 210 mA). Tutti i LED accesi alla minima luminosità aumentano il consumo energetico di 40 mA. Gli effetti LED più conservativi, alla minima luminosità, possono consumare praticamente da zero a circa 20mA. È una buona scelta se si desiderano effetti, poiché riducono solo la durata della batteria "Uso normale" di circa 1,5 ore.

La scheda della batteria LiPo probabilmente consumerà un po' di energia e non avrà un'efficienza perfetta, quindi la durata della batteria nel "mondo reale" potrebbe essere inferiore ai numeri teorici sopra elencati.

Passaggio 2: progettazione CAD

Per assicurarmi che la digitazione fosse comoda, avevo bisogno di una tastiera meccanica. Questo modello è al 60%, quindi omette il tastierino numerico e raddoppia molti tasti con i livelli. La parte principale della tastiera ha le stesse dimensioni e layout di una tastiera tipica. È stato scelto un piccolo LCD per ridurre il consumo energetico.

Ho iniziato abbozzando un progetto di base e poi ho proceduto alla modellazione CAD in Autodesk Fusion 360. Ho dovuto eseguire diverse revisioni per rendere il case il più compatto possibile assicurando che tutto si adattasse. Durante il processo sono state apportate numerose modifiche. Alcuni di questi non si riflettono nelle foto poiché ho apportato modifiche dopo la stampa, ma sono presenti nei file STL

La mia stampante 3D è di dimensioni medie, quindi ogni parte doveva essere divisa in due pezzi in modo che si adattassero al letto. Le metà sono unite da inserti heatset M3 e viti M3, con Gorilla Glue nella cucitura per aumentare la resistenza.

Solo la tastiera e le batterie sono alloggiate nella metà inferiore del case. Tutti gli altri componenti sono nella parte superiore/coperchio.

La custodia è progettata in modo che la tastiera sia inclinata quando si apre il coperchio, per aumentare il comfort di digitazione. Piccoli magneti servono a tenere chiuso il coperchio. Quelli non sono forti come vorrei e probabilmente progetterò una sorta di chiusura in futuro.

Passaggio 3: stampa 3D della custodia

Non avevo intenzione originale di andare con questa combinazione di colori dello zucchero filato, ma ho continuato a esaurire il filamento e quindi questo è quello con cui sono finito. Puoi stampare le parti in qualsiasi colore e materiale ti piaccia. Ho usato il PLA, ma consiglierei di usare PETG se possibile. Il PETG è più resistente e non è soggetto a deformazioni dovute al calore.

Sarà necessario utilizzare supporti per tutte le parti. Consiglio vivamente anche di utilizzare le impostazioni "Fuzzy" di Cura a un valore basso (Spessore: 0,1, Densità: 10). Ciò conferirà alle superfici delle parti una bella finitura ruvida che è ottima per nascondere le linee dei livelli.

Dopo aver stampato le parti, ti consigliamo di utilizzare un saldatore per riscaldare gli inserti del set di calore. Quindi puoi semplicemente spingerli nei fori più grandi. Scioglieranno la plastica mentre entrano, e poi saranno tenuti saldamente in posizione una volta che la plastica si sarà raffreddata.

Le due parti inferiori dovranno essere prima incollate. Inumidisci metà della cucitura con acqua e poi aggiungi uno strato sottile di Gorilla Glue all'altra metà della cucitura. Quindi avvitare saldamente le due viti M3. Usa dei morsetti per tenere insieme le due parti e rimuovi la colla in eccesso. Lascia i morsetti in posizione per 24 ore per assicurarti che la colla sia completamente polimerizzata. Quindi inserire i cuscinetti nei fori.

Ripeterai questo processo con le parti superiori, ma dovrai inserirle nei cuscinetti prima di incollare/avvitare le parti insieme. Non sarai in grado di smontare le due parti dopo che sono state assemblate.

Passaggio 4: modifica LCD e tastiera

Questo LCD è progettato per essere un touchscreen (funzionalità che non stiamo utilizzando) e ha un'intestazione pin femmina sul retro per connettersi ai pin GPIO del Raspberry Pi. Quell'intestazione aumenta notevolmente lo spessore del pannello LCD, quindi deve andare. Non sono riuscito ad accedere per dissaldare in sicurezza, quindi l'ho tagliato subito con un Dremel. Ovviamente, questo invalida la garanzia dell'LCD…

La tastiera ha un problema simile, grazie a un interruttore per il chip Bluetooth. Non stiamo usando il Bluetooth e aumenta notevolmente il consumo di energia. Dopo aver rimosso la tastiera dalla custodia (le viti sono nascoste sotto i tasti), puoi usare aria calda o un saldatore per staccare semplicemente quell'interruttore.

Passaggio 5: configurazione di DietPi e WordGrinder

Invece di usare il sistema operativo Raspberry Pi, ho scelto di usare DietPi. È più leggero e si avvia più velocemente. Offre anche alcune opzioni di personalizzazione che possono aiutare a ridurre il consumo energetico (come spegnere facilmente l'adattatore wireless). Se preferisci, puoi utilizzare il sistema operativo Raspberry Pi, anche la versione desktop completa, se lo desideri.

Le istruzioni di installazione dettagliate per DietPi sono disponibili qui:

Puoi quindi installare WordGrinder:

sudo apt-get install wordgrinder

Se vuoi che si avvii automaticamente WordGrinder, aggiungi semplicemente il comando "wordgrinder" al tuo file.bashrc.

L'adattatore WiFi può essere disabilitato tramite lo strumento di configurazione DietPi. Tutto il resto funziona più o meno esattamente come con un Raspberry Pi. Suggerirei di cercare su Google le guide su come disabilitare il Bluetooth e aumentare la dimensione del carattere del terminale (se è troppo piccolo per te).

Passaggio 6: batteria di saldatura

Prima di procedere con questa sezione, devo darti un disclaimer:

Le batterie agli ioni di litio sono potenzialmente pericolose! Possono prendere fuoco o esplodere! Non sono nemmeno minimamente responsabile se ti uccidi o bruci la tua casa. Non fidarti della mia parola su come farlo in sicurezza: fai la tua ricerca

Ok, a parte questo, ecco come ho messo insieme il pacco batteria. Si consiglia di saldare a punti i collegamenti della batteria, ma non avevo una saldatrice a punti e quindi li ho saldati.

Prima di fare qualsiasi altra cosa, devi assicurarti che le tue batterie abbiano tutte una tensione identica. Se non lo fanno, fondamentalmente proveranno a caricarsi a vicenda per bilanciare la tensione con risultati negativi.

Inizia graffiando i terminali su ciascuna estremità delle batterie. Ho usato un Dremel con una punta di carta vetrata per farlo. Quindi mettili in posizione nel caso in cui per ottenere la giusta spaziatura. Assicurati che siano tutti rivolti nella stessa direzione! Li stiamo collegando in parallelo, quindi tutti i terminali positivi saranno collegati e tutti i terminali negativi saranno collegati. Usa un po' di colla a caldo tra le batterie per mantenere la distanza (ma non incollarle alla custodia).

Rivestire ciascun terminale con uno strato sottile di flusso e quindi posizionare sopra delle strisce di nichel per collegare i terminali. Ho usato 1,5 strisce per lato. Usa la punta più grande che il tuo saldatore può accettare e alza il calore il più in alto possibile. Quindi riscaldare simultaneamente ciascun terminale e la striscia di nichel applicando una quantità generosa di saldatura. L'obiettivo è evitare il surriscaldamento delle batterie entrando in contatto con il saldatore il minor tempo possibile. Assicurati solo che la saldatura scorra correttamente sul terminale e sulla striscia di nichel, quindi rimuovi il calore.

Una volta che i tuoi due set di quattro batterie sono stati saldati con le loro strisce di nichel, puoi usare un filo (18AWG o superiore) per collegare di nuovo le due batterie: positivo con positivo e negativo con negativo. Quindi saldare due spezzoni di filo più lunghi ai terminali a un'estremità del pacco batteria e farli passare attraverso l'apertura. Questi sono ciò che fornirà energia alla scheda di ricarica LiPo.

Passaggio 7: assemblaggio dell'elettronica

Questa configurazione dovrebbe essere abbastanza semplice. Posizionare la tastiera e utilizzare le viti originali per fissarla ai supporti. Sul lato opposto (nel vano batteria), collegare il cavo USB-C e farlo passare attraverso l'apertura che va verso il coperchio.

Nella parte superiore, l'LCD dovrebbe adattarsi perfettamente al suo posto (assicurati che l'interruttore della retroilluminazione sia acceso!). L'extender USB-C viene avvitato in posizione utilizzando le viti in dotazione. La scheda di ricarica LiPo è tenuta in posizione con colla a caldo. Posizionarlo per assicurarsi che il pulsante possa essere premuto e che lo schermo sia visibile attraverso la finestra nel coperchio LCD. Il Raspberry Pi si adatta alle linguette e un po' di colla a caldo lo fisserà.

Un cavo USB può essere eseguito dall'uscita della scheda LiPo destra al Raspberry Pi. Non abbiamo spazio per la presa USB sull'uscita sinistra, che viene utilizzata per l'LCD. Taglia l'estremità USB-A di un cavo e rimuovi la schermatura. Hai solo bisogno dei fili rosso (positivo) e nero (negativo). Il filo positivo passerà attraverso i due terminali superiori dell'interruttore. Quindi i fili negativo e positivo dovranno essere saldati sull'uscita USB sinistra sulla scheda LiPo. Il pin all'estrema sinistra è positivo e il pin all'estrema destra è a terra (negativo).

Quindi usa la colla a caldo per tenere tutti i fili in posizione in modo che siano il più "piatti" possibile e non spingano fuori il coperchio dell'LCD.

Passaggio 8: assemblaggio finale

Ora tutto ciò che devi fare è avvitare i coperchi dell'LCD sulla parte superiore - ci sono delle linguette nella parte superiore per adattare il coperchio per tenere in posizione l'LCD - e i coperchi della batteria sul fondo.

Premendo due volte il pulsante della scheda LiPo si accenderà. Tenendolo premuto si spegnerà. L'interruttore ti consente di controllare l'alimentazione del display LCD in modo indipendente ed è ottimo per risparmiare energia quando non stai effettivamente digitando. Assicurati di leggere il manuale della tastiera per imparare a controllare i vari effetti LED. Consiglio di utilizzare la luminosità minima e uno degli effetti più sottili per risparmiare batteria.

Dopo aver salvato un documento per la prima volta, WordGrinder salverà automaticamente in seguito. WordGrinder ha un'interfaccia semplice, ma molte scorciatoie. Leggi i suoi documenti per saperne di più su come funziona. I file possono essere trasferiti a un computer esterno tramite una connessione SSH: basta riaccendere l'adattatore WiFi quando è necessario trasferire documenti.

Questo è tutto! Se ti è piaciuto questo progetto, valuta di votarlo nel concorso "Alimentato a batteria". Ho dedicato molto lavoro alla progettazione di FeatherQuill e ho l'idea di progettare un dispositivo simile con 2-3 volte la batteria. Seguimi qui per essere sempre aggiornato sui miei progetti!

Secondo premio al concorso a batteria