试图打造终极树莓派计算机-零终端V3

2020-08-07 18:00:16

这里是我已经工作了几年的零码头项目的另一个迭代。对于那些还没有见过它们的人,我一直在努力设计一台最实用的PI Zero计算机。

这个版本与以前的版本略有不同,因为它更注重模块化,并且放弃了标准键盘,不过也可以添加一个,稍后我将向您展示。这里的目标是创造一些非常多才多艺的东西,允许各种用例来释放Zero的潜力。不管怎样,让我们来看看吧。

你首先会注意到的是,这款设备看起来有点像一部胖乎乎的智能手机。这是因为整个产品基本上都是围绕WaveShare AMOLED5.5&1080p触摸屏(https://www.waveshare.com/5.5inch-HDMI-AMOLED.htm).设计的。

这个东西最初是为覆盆子Pi的3和4设计的,但我创建了一堆定制的适配器,可以让你转而连接Pi Zero。更多关于这一点的消息马上就会公布。

在外面,你会看到各种各样的端口和按钮,包括一个全尺寸的USB2.0端口,用于操作系统的Micro SD插座,用于充电的微型USB和一个电源开关。

侧面有一个耳机插孔,3个可编程按钮连接到Zeros GPIO引脚上。你可以为这些设置各种各样的功能,比如旋转屏幕,上下音量,或者一次按下就启动其他自定义脚本和应用程序。

在顶端有另一个按钮,可以关闭和打开显示屏,帮助延长1200mAh的Lipoo电池寿命,后面还有一个隐藏着小扬声器的烤架。

设备的背面是所有潜力所在的地方。这包括2个连接到GPIO引脚、视频输出、摄像头连接器、2x USB端口、电源指示灯等的40针插座。其想法是允许人们创建和添加自定义背包,以根据他们的需要更改功能。

为了在尽可能小的空间内将Zero连接到显示器,我创建了一个主PCB和一些较小的适配器PCB。

Zero本身被拧到电路板上,并通过GPIO引脚直接焊接到电路板上。该主板包含一个USB集线器、电源电路、音频放大器、扬声器、按钮、耳机插孔,甚至还有一个用于自定义通知的振动马达。

有一个插入Zero的微型SD卡插板,它扩展了卡插座,同时也为设备底部的其他端口提供了一个框架。

Waveshare显示屏已经有一些安装螺钉,因此很容易固定主板。有一个连接显示器和主板的小标题部分,您只需将所有东西拧在一起即可。我在这块板上加了6个螺纹插入物,使不同的箱子连接起来也很简单。

Zero标准只有1个USB端口,所以我在主板上设计了一个小型USB集线器电路,使用简单的FE1.1S芯片。这将USB端口分成4个单独的流,对于鼠标和键盘等功耗较低的设备以及显示器的触摸屏功能来说已经足够好了。您可能需要连接外部5V线,以获得更耗电的外围设备。

我特别喜欢HDMI适配器,它将显示器上的全尺寸HDMI端口连接到Zero的迷你HDMI端口。我绞尽脑汁花了很长时间来研究如何以尽可能小的方式连接这些组件,结果发现,使用两个夹在一起的薄PCB可以做到这一点,因为你可以焊接到HDMI-A插头组件和较小的迷你HDMI插头,HDMI-A插头组件需要1.6 mm的PCB,而较小的迷你HDMI插头只需要1 mm的电路板。

动力部分是我遇到麻烦的地方。它是基于PowerBoost 1000C的设计,应该可以直接安装在主板上,但有几个小IC太麻烦了,我无法手工焊接,在制作这段视频之前,我把它们弄坏了。我本来只会包括PowerBoost董事会本身,但不幸的是,那里没有足够的空间。取而代之的是,我使用了一个便宜的通用充电升压板,这对这个原型来说很好,但没有所有的额外功能,比如电池电量不足指示器,以及更好的电源开关电路。这将用于下一次迭代。

Zero没有标配音频,但值得庆幸的是,Waveshare显示屏确实有一个内置的耳机插孔,可以通过HDMI进行音频。所以我想知道我是否在耳机插孔的引脚上加了一个音频放大器电路,我是否可以给一个小扬声器供电,是的,它起作用了。不幸的是,虽然不是很好,但是对于像嘟嘟声和通知声音这样的东西来说,它已经足够好了。

虽然通过耳机听起来很棒,而且我在里面加了我自己的插孔,这样就可以从表壳外面接触到了。这个特殊的插孔有一个机械开关,默认为扬声器,每当插入3.5 mm插头时,它就会自动切换到耳机。

正如我之前提到的,我认为这款设备的背包功能才是你真正看到这款设备潜力的地方。

我可以想象各种不同的背包可以改变它的功能。无线电收发器、额外的网络接口、游戏控制器、电视调谐器、太阳能电池板和简单的支架都很容易做到。

最酷的是,因为它是模块化的,你可以随时更换它们来改变功能,比如你可以把键盘和放大器无线电收发器组合换成分组无线电信使,然后把它换成microSD卡上的不同操作系统,再加上一个游戏控制器,把它变成一个便携的仿真器。

我制作的第一个原型背包是滑出式键盘。当您将其与i3窗口管理器结合使用时,您就拥有了非常高效的手持式Linux机器。即使Zero不是最强大的计算机,你仍然可以通过终端做很多事情,因为它只占用了GUI的一小部分资源。

该设计基于Bobricius在Hackaday(hackaday.io/project/158454)推出的大迷你QWERTY键盘,并使用SAMD21芯片将其转换为USB输入设备。

它是用3个PCB层制作的。首先是底部,它包含电子元件和钥匙,然后是显示钥匙标签的盖板,然后是另一个连接到终端的电路板。滑动机构由3D打印支架和微型螺钉组成,虽然它确实可以滑动,但需要额外的工作才能使其更坚固。底层使用小弹簧加载销连接到顶部。我还增加了几个LED,当你处于昏暗的光线下时,你可以开关它们。最后一个东西出人意料地薄,只有几毫米深。

虽然我认为它看起来不错,但我还没有让它正常工作。我和鲍勃谈过这个设计,我认为它很可靠。问题似乎出在我用来安装固件的芯片编程器上。这是一个便宜的,似乎给我错误的验证信息。不管怎样,你会明白它是如何让零点终端成为一个相当方便的小设备的。

我还制作了另一个定制的迷你键盘支架,这一次使用的是回收的Psion5MX键盘,它可能仍然是有史以来设计的最好的小键盘之一。我用了一个预制的Psion键盘来连接USB适配器,你可以在TIndie上找到,而且这个东西是开源的,所以你也可以让你拥有它。

进一步开发一个完整的转接盒,让它变成一台掌上电脑,带工作铰链,也许还会有一个更大的二次电池和USB集线器,这不会有太大的牵强。

我已经注册了ZeroTerminal.org,它目前正重定向到这个页面。在接下来的一年里,随着我更新设计,我想做一个网站来帮助建立这个平台,向人们展示如何制作这些东西,并展示其他用户创建的所有背包和自定义应用程序。

与此同时,我想重做主PCB,更换一些部件,如垃圾扬声器,重新设计电源电路等,甚至可能尝试使用树莓PI计算模块。从长远来看,设计一块定制的显示板会让人惊叹不已,这样整个设备就可以进一步缩小,接近智能手机的大小。

不管怎样,我希望你会觉得这很有趣。我知道我在这方面还有很多东西要学,所以欢迎专家的任何建议。如果你认为其他人会喜欢,请分享这个视频。谢谢,我会在下一个视频中见到你。

这个项目最早出现在Node Vol 02中,这是我们新的独立的180页杂志,里面挤满了各种开放的硬件和分散的软件项目。拿一份硬拷贝,或从杂志页面免费下载。