Scopri come realizzare un monitor portatile alimentato a batteria in grado di alimentare anche un Raspberry Pi: 8 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Hai mai desiderato codificare Python, o avere un'uscita display per il tuo robot Raspberry Pi, in movimento, o hai avuto bisogno di un display secondario portatile per il tuo laptop o fotocamera?

In questo progetto, costruiremo un monitor portatile alimentato a batteria e un alimentatore che può anche alimentare un Raspberry Pi o caricare il tuo telefono. Utilizzeremo una batteria agli ioni di litio e utilizzeremo convertitori buck e boost da CC a CC per realizzare il nostro progetto.

Fai attenzione e ricorda che i promemoria di sicurezza sono in grassetto

Forniture

Avrai bisogno:

-Un Raspberry pi (qualsiasi scheda funzionerà, basta annotare i requisiti di tensione e l'assorbimento di corrente per riferimento futuro) e gli adattatori e i cavi di alimentazione necessari:

www.amazon.com/gp/product/B01C6FFNY4/ref=o…

-Un monitor LCD a 12 VOLT (ho usato uno schermo da 7 pollici);

www.amazon.com/Loncevon-Portable-Computer-…

-Un convertitore buck DC TO DC con uscita USB:

www.amazon.com/gp/product/B07JZ2GQJF/ref=o…

-Un convertitore boost DC TO DC:

www.amazon.com/Onyehn-LTC1871-Converter-Ad…

-Elettronica single-core piccola e media Cavo di cui può gestire almeno un massimo di 10 ampere

-cavi jumper

-Cavo di alimentazione USB

-Cavo HDMI

-Un perno del barilotto adatto per la visualizzazione:

www.amazon.com/OdiySurveil-5Pairs-Terminal…

-(Opzionale) Una stampante 3D per stampare parti di montaggio e custodia della batteria, se necessario

-Un portabatteria:

www.amazon.com/Plastic-Battery-Batteries-C…

-Un interruttore adatto

www.amazon.com/Aoyoho-Thread-Latching-Butt…

-18650 celle della batteria in quantità pari (estrema cautela quando si acquistano celle agli ioni di litio da fornitori da cui non si ha familiarità con l'acquisto)

Passaggio 1: comprendere le basi

Ecco una rapida panoramica sulla teoria e sui principi alla base del progetto, poiché è importante comprendere i principi elettronici di base alla base di questo progetto.

Innanzitutto valutiamo i componenti principali che abbiamo scelto. Abbiamo scelto un monitor a 12 volt per questo progetto e un Raspberry Pi funziona a una tensione di 5 volt e richiede fino a 3 ampere per mantenere l'alimentazione a seconda della scheda Raspberry Pi utilizzata.

Quindi, discutiamo della nostra fonte di energia. Per alimentare questo progetto vengono utilizzate celle agli ioni di litio (mediamente con una capacità di 3,5 V), in configurazione 2S (le celle sono ordinate in gruppi di celle di cui contengono due celle collegate in serie, ciascuna delle quali viene cablata in parallelo tra loro). In quanto tale, la batteria può emettere una tensione media di 7 volt e la sua uscita di corrente e la sua capacità sono determinate dal numero di gruppi di celle utilizzati.

Ora, esaminiamo il nostro sistema di regolazione della potenza. Poiché l'uscita della batteria non è inizialmente soddisfacente per alimentare il progetto in modo efficiente da sola, sono necessari convertitori di tensione da CC a CC per convertire la tensione di uscita della nostra batteria a quella della tensione richiesta di ciascun dispositivo (con conseguente alterazione delle batterie anche la massima corrente di carico in uscita), aumentando o diminuendo la tensione (quindi abbassando e aumentando rispettivamente la corrente). Poiché il lampone pi richiede una corrente di carico maggiore rispetto al display, la tensione dovrà essere ridotta per soddisfare la tensione richiesta dal lampone pi e la corrente di carico minima

Quindi portare alla nostra configurazione della batteria 2S è l'ideale per il compito da svolgere (a causa dell'uscita di circa 7V) in quanto è abbastanza vicino alla tensione nominale del lampone pi per fornire anche un'ampia corrente di carico e abbastanza vicino alla tensione nominale di lo schermo in modo tale che quando la tensione viene aumentata, ci sarà abbastanza corrente per continuare a far funzionare lo schermo.

I convertitori di tensione da CC a CC utilizzati nel progetto sono: 1) un convertitore boost, questo aumenterà il nostro ingresso a 7 volt, a un'uscita costante a 12 volt per l'uso dal nostro monitor e 2) un convertitore buck, questo diminuirà il nostro ingresso a 7 volt a un'uscita a 5 volt costante con un'ampia fornitura di corrente per il funzionamento più intenso.

Questo progetto può essere svolto anche in vari modi, come fare il progetto in modo tale che solo il display sia alimentato a batteria, nel qual caso tutto ciò che dovrai fare è seguire la guida e ignorare i passaggi per l'impostazione del lampone pi.

Inoltre, questo progetto può essere utilizzato per alimentare un telefono o qualsiasi altro dispositivo alimentato tramite USB invece di una scheda Raspberry Pi, se si ignorano tutte le parti di ogni passaggio relative al monitor o qualsiasi variazione di tale, quindi conoscere le basi insegnate qui è strumentali ad eventuali ulteriori miglioramenti o modifiche.

Passaggio 2: avvio della costruzione e stampa delle parti

Ora che hai compreso le operazioni elettroniche di base di questo progetto, possiamo iniziare la nostra costruzione.

Questo progetto è per lo più elettronico, ma se vuoi tutto in un pacchetto ordinato o non hai determinate parti. Puoi prima stamparli in 3D in modo da poterti concentrare sull'elettronica in seguito.

Se hai utilizzato il monitor consigliato puoi utilizzare questo file per la tua imbracatura (incluso nel passaggio).

Se hai bisogno di un portabatterie puoi controllare: https://www.thingiverse.com/thing:1823552. Puoi seguire le istruzioni del creatore, oppure puoi praticare i tuoi buchi e utilizzare viti, bulloni e rondelle da m2 a m4 per bloccare le celle e il cablaggio. Ricorda di ricontrollare le connessioni e di isolare tutte le connessioni aperte e le viti conduttrici prima di continuare.

Passaggio 3: cablaggio della batteria

Prima di iniziare, assicurati di avere tutti i componenti necessari e ricordati di controllare se le tue celle 18650 hanno voltaggio e capacità simili

Innanzitutto, raggruppa le tue batterie agli ioni di litio 18650 in coppie e collega ciascuna coppia in serie formando un gruppo di celle.

Quindi, prendi ciascun gruppo di celle e cabla ciascuno di essi in parallelo tra loro e ricorda di collegare un interruttore a una delle giunzioni parallele (preferibilmente la prima o l'ultima o all'uscita della batteria).

Questo è visto nello schema elettrico sopra.

Ricorda di ricontrollare le connessioni e di isolare tutte le connessioni aperte e le viti conduttrici prima di continuare

Passaggio 4: collegamento dei regolatori di tensione

Successivamente, collegheremo i nostri regolatori di tensione CC TO CC alla nostra batteria.

Innanzitutto, assicurarsi che l'interruttore posizionato sulla batteria come mostrato prima sia spento prima del cablaggio per evitare danni ai componenti durante la calibrazione.

Successivamente collegare i terminali positivi della batteria al positivo sia del convertitore buck che del convertitore boost in parallelo.

Quindi collegare il terminale negativo della batteria sia ai convertitori buck che boost in parallelo.

Questo è mostrato sopra.

Quindi, accendere l'interruttore e utilizzare un cacciavite per regolare le uscite dei convertitori boost e buck ruotando i potenziometri delle schede

Il convertitore boost alimenterà il display a 12 VOLT e l'uscita deve essere calibrata per avere un'uscita a 12 volt

Il convertitore Buck alimenterà il Raspberry Pi. Come accennato in precedenza, ogni scheda ha un requisito di corrente diverso. Imposta il convertitore buck a 5 Volt e impostalo sulla modalità USB (può essere fatto tramite la documentazione inclusa nella confezione per il componente) e imposta la regolazione della corrente su 1 amp e calibra in base alla scheda una volta che è collegata in seguito.

Passaggio 5: collega lo schermo e Raspberry Pi

Dopo la calibrazione dei regolatori di tensione, possiamo collegare i nostri dispositivi

Innanzitutto, possiamo collegare il nostro pin a barilotto all'uscita del convertitore boost nella corretta polarizzazione e quindi puoi collegarlo allo schermo.

Quindi, collega la tua USB al Raspberry Pi e quindi collega il tuo HDMI dal tuo Raspberry Pi allo schermo.

Ora usa un cacciavite e regola il limite di corrente del convertitore buck su un valore al quale la scheda Raspberry Pi si accende e si avvia (può variare da 1 a 4 ampere a seconda della scheda utilizzata).

Un telefono cellulare può essere utilizzato qui se è necessario caricare un telefono cellulare, invece di alimentare un Raspberry Pi. Assicurati solo che l'amperaggio a cui limiti il potenziometro sia impostato su quello delle specifiche del tuo dispositivo.

Passaggio 6: concludere

Ora l'elettronica è finita e ora puoi legare tutti i tuoi cavi ed è ora di cablare il cablaggio dell'LCD

Puoi montare il convertitore boost e il pacco batteria in base alle tue esigenze tramite colla a caldo o bulloni e se utilizzi il cablaggio stampato incluso potrai:

1) Fissare tutti i componenti tramite nastro biadesivo, praticando fori nel modello stampato in 3d per adattarlo ai componenti e fissando con viti o fascette, al modello 3d

2) Rimuovere il supporto del display dalla parte inferiore del monitor per esporre lo slot in cui verrà inserito il modello

3) Far scorrere la linguetta del supporto stampato nella fessura sul retro del monitor dal basso, finché il supporto non è sicuro.

4) Riavvitare il supporto per bloccare il supporto in posizione e per fissare i componenti.

Passaggio 7: conclusione

Ora hai un Raspberry Pi e un display alimentati a batteria, per andare avanti puoi aggiungere una tastiera wireless e poi una fotocamera. Anche attraverso questo progetto, hai approfondito la tua comprensione dell'elettronica e di come gli oggetti di base che usi nella tua vita quotidiana, come batterie e smartphone, funzionano e sono alimentati.

Passaggio 8: passaggi futuri

Questo progetto può essere migliorato in futuro con l'aggiunta di un involucro stampato in 3D in cui tutti i componenti esistenti possono essere immagazzinati e protetti dall'ambiente esterno.

Inoltre, è possibile aggiungere un circuito di carica della batteria integrato per caricare il dispositivo senza rimuovere le batterie e possono essere aggiunte più celle in modo da migliorare la durata della batteria.

Puoi adattare questo progetto in un banco di batterie o solo un display alimentato a batteria e in futuro, puoi anche aumentare la capacità della batteria e la massima corrente di carico collegando più gruppi di celle 2S 18650 in una configurazione simile in parallelo con le celle attuali.

Questo progetto può essere ulteriormente ampliato in una matrice di display e Raspberry Pi tramite l'espansione dei gruppi di celle della batteria e la ripetizione di ogni passaggio all'interno di questo progetto. Questo progetto può quindi essere utilizzato come una spina dorsale su cui è possibile espandere la matrice di Display e Raspberry pi alimentata a batteria