使用Pi Box構(gòu)建一個(gè)可以運(yùn)行系統(tǒng)和玩游戲的設(shè)備
Pi Box是一款集所有功能于一身的樹莓派4設(shè)置,結(jié)合了MIPI 5英寸顯示器和板載電源。
大家好,歡迎回來。這是一個(gè)便攜又有趣的東西。
Pi Box是一款基于樹莓派4的一體化迷你電腦,內(nèi)置電源和令人印象深刻的5英寸IPS顯示屏。我們目前在樹莓派盒子上運(yùn)行Recalbox操作系統(tǒng)來玩游戲,但這個(gè)配置也可以作為運(yùn)行Linux和其他操作系統(tǒng)的樹莓派桌面。
在這里,我們將Rasperry Pi 4與DFRobot的5英寸800x480 IPS顯示屏結(jié)合使用,兩者都由我們?yōu)橹暗捻?xiàng)目創(chuàng)建的電池組電路供電。我們使用的是11.1V的鋰電池組。Pi 4和顯示器需要穩(wěn)定的5V才能工作,因此為了從電池組降壓11.1V,我們準(zhǔn)備了一個(gè)定制的Buck轉(zhuǎn)換器電路,為Pi提供穩(wěn)定的5V 3A電源。
在這里,我們使用的是帶有DFRobot 5英寸800x480 IPS顯示屏的樹莓派4,兩者都由我們?yōu)橐郧暗捻?xiàng)目創(chuàng)建的電池組電路供電。我們使用的是11.1V的鋰電池組。
Pi 4和顯示器需要穩(wěn)定的5V才能運(yùn)行;因此,我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)定制的Buck轉(zhuǎn)換電路,從電池組降壓11.1V,為Pi提供穩(wěn)定的5V 3A供電。
在設(shè)計(jì)方面,我們創(chuàng)造了一個(gè)盒子狀的外殼,分為兩部分:前面的部分容納Pi 4的顯示器,后面的部分容納電池組電路。為了改善設(shè)計(jì)的外觀,我們?cè)谇安亢秃蟛康淖髠?cè)增加了一個(gè)手柄狀的部分,并以兩種顏色印刷外殼,使整個(gè)設(shè)計(jì)具有雙色的氛圍。
該設(shè)備可以用作Pi桌面或與操作系統(tǒng)(如Octoprint或其他通用操作系統(tǒng))一起使用。這個(gè)設(shè)備的一個(gè)用途是作為一個(gè)游戲模擬器站,是的,這個(gè)設(shè)置可以運(yùn)行毀滅戰(zhàn)士。
本文是關(guān)于這個(gè)項(xiàng)目的整個(gè)構(gòu)建過程,所以讓我們從構(gòu)建開始。
材料要求
這些是在這個(gè)項(xiàng)目中使用的組件
?定制PCB (HQ NextPCB提供)
?樹莓派4型號(hào)4GB
?樹莓派DFROBOT 5”IPS顯示屏
?IP6505集成電路
?22uH SMD電感器
?10uF電容器1206封裝
?22uF電容器1206封裝
?M7二極管SMC封裝
?LED 0603封裝
?1K電阻0603封裝
?電池組電路(來自以前的項(xiàng)目)
?12 v / 4一個(gè)適配器
?M3 HEX PCB支架
?M2螺絲
?雙色(白色和橙色)3D打印部件
?搖臂開關(guān)
樹莓派4和5“顯示器
我們?cè)谶@個(gè)項(xiàng)目中使用的是Raspberry Pi 4 Model 4GB的變體,它在功率和功能方面比以前的Raspberry Pi 3有了很大的改進(jìn)。
它具有四核1.8GHz處理器,高達(dá)8GB的RAM,并通過微hdmi端口支持雙4K顯示器,使其適合各種苛刻的應(yīng)用。
它提供了出色的連接選項(xiàng),包括千兆以太網(wǎng),雙頻Wi-Fi和藍(lán)牙5.0,確??焖倏煽康木W(wǎng)絡(luò)連接。包含兩個(gè)USB 3.0端口和兩個(gè)USB 2.0端口,提供增強(qiáng)的數(shù)據(jù)傳輸能力。該機(jī)型還配備了先進(jìn)的多媒體支持,包括H.265視頻解碼和OpenGL ES 3.1,使其成為多媒體項(xiàng)目的理想選擇
至于顯示器,我們使用的是DFRobot的5英寸800x480 IPS顯示器,這是一個(gè)支持樹莓派DSI顯示接口的IPS顯示器,并配有電容觸摸面板
該顯示器的工作電壓為3.3V,由樹莓派顯示接口提供,最大工作電流為320 mA,屏幕關(guān)閉電流為100 mA。它的分辨率為800x480,并通過樹莓派DSI視頻接口連接。它支持多達(dá)5個(gè)觸點(diǎn),具有80度的全方位視角。
顏色深度為RGB888,提供16兆真彩色,顯示器的刷新頻率為60Hz。此外,IPS面板包括光學(xué)鍵合,以提高亮度和清晰度,抗指紋和抗眩光涂層,以在各種照明條件下獲得更好的可視性。
三維設(shè)計(jì)
本項(xiàng)目從模型的創(chuàng)建開始,首先在Fusion360中導(dǎo)入5英寸顯示器、樹莓派和電池組電路的模型。所有三個(gè)關(guān)鍵組件的位置都是這樣的:顯示器在前面,Pi放在顯示器后面,但不是放在顯示器背面的安裝孔上,但是Pi稍微向左移動(dòng),這樣我們就可以從模型的左側(cè)訪問I/O。
電池電路位于樹莓派的后面。通過把這些組件安排在合適的位置,我們開始在它們周圍形成一個(gè)盒子狀的主體,顯示屏在前面,Pi在中間,電池組電路在后面。我們?cè)O(shè)計(jì)了這個(gè)模型,并將其分為兩個(gè)部分,前面的部分放置了顯示器、樹莓派和電源開關(guān)。電池組電路位于后半部分,也就是后部。
此外,我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)Pi支架部分,以保持樹莓派4在前面部分的位置。樹莓派4通過四個(gè)十六進(jìn)制支架連接到這個(gè)Pi支架組件。
我們?cè)趦蛇叾挤帕藘蓚€(gè)把手,給模型一點(diǎn)工業(yè)元素,搖桿開關(guān)位于這兩個(gè)把手之間。
此外,為了給模型的美學(xué)帶來雙色的感覺,我們只打印了兩種顏色,PLA,白色和橙色。
電池組電路
對(duì)于電源,我們使用我們以前創(chuàng)建的一個(gè)舊項(xiàng)目的電池組電路板。
我們基本上有一個(gè)電路,包括一個(gè)BMS(電池管理系統(tǒng))電路,連接到三個(gè)鋰電池支架。還有一個(gè)連接到二極管的直流插孔,它允許我們使用12V適配器為電池充電。
該板配備三個(gè)3.7V, 2900mAh鋰電池。
電源模塊電路
為了給樹莓派和顯示裝置供電,我們正在使用的電池組電路是一個(gè)11.1V 3S鋰電池電池組,我們需要一個(gè)Buck轉(zhuǎn)換器板,它可以將11.1V降至穩(wěn)定的5V,以運(yùn)行樹莓派和顯示。
為了解決這個(gè)問題,我們選擇了一個(gè)Buck轉(zhuǎn)換器設(shè)置,其中包括IP6505 IC,一個(gè)帶集成同步開關(guān)的降壓轉(zhuǎn)換器,能夠處理高達(dá)10A的輸出,用于快速充電協(xié)議。
IP6505具有集成功率MOSFET,輸出電壓范圍為3V至12V,輸入電壓范圍為10.5V至28V。它可以根據(jù)公認(rèn)的快速充電協(xié)議自動(dòng)調(diào)節(jié)電壓和電流,提供高達(dá)24W的輸出功率,對(duì)于我們的樹莓派4和顯示設(shè)置來說已經(jīng)足夠了。
原理圖最初是根據(jù)數(shù)據(jù)表的示例布局創(chuàng)建和定制的。該電路板上的所有組件都是表面安裝的,這減少了手工焊接的需要。
HQ NextPCB服務(wù)
PCB設(shè)計(jì)完成后,我們導(dǎo)出Gerber數(shù)據(jù),發(fā)送給HQ NextPCB取樣。
Gerber數(shù)據(jù)發(fā)送到HQ NextPCB,并訂購了白色屏幕的綠色阻焊PCB。
下訂單后,PCB在一周內(nèi)收到,PCB質(zhì)量非常好。
另外,我要把HQDFM帶給你,它在很多項(xiàng)目中給了我很大的幫助。華秋的內(nèi)部工程師開發(fā)了免費(fèi)的制造設(shè)計(jì)軟件HQDFM,徹底改變了PCB設(shè)計(jì)師如何可視化和驗(yàn)證他們的設(shè)計(jì)。
HQDFM:免費(fèi)在線Gerber查看器和DFM分析工具
此外,NextPCB有自己的Gerber Viewer和DFM分析軟件。
您的設(shè)計(jì)可以通過他們的HQDFM軟件(DFM)服務(wù)得到改進(jìn)。因?yàn)槲野l(fā)現(xiàn)等待制造商的DFM報(bào)告很煩人,所以HQDFM是執(zhí)行事件前自檢的最有效方法。
以下是在線Gerber Viewer向我展示的內(nèi)容。再清楚不過了。然而,對(duì)于完整的功能,如DFM分析的PCBA,你需要下載的軟件。在線版本僅提供簡單的PCB DFM報(bào)告。
具有全面的制造設(shè)計(jì)(DFM)分析功能,HQDFM是一個(gè)免費(fèi)的,復(fù)雜的在線PCB Gerber文件查看器。
它利用超過15年的行業(yè)專業(yè)知識(shí)提供了對(duì)先進(jìn)制造的見解。如果你想以合理的價(jià)格獲得優(yōu)質(zhì)的PCB服務(wù),你可以看看HQ NextPCB。
電源模塊裝配流程
這個(gè)項(xiàng)目的PCB組裝過程開始于用錫膏點(diǎn)焊針將錫膏涂在每個(gè)組件板上。我們用的是63/37 Sn-Pb錫膏。
接下來,我們選擇所有的SMD組件并將它們放置在正確的位置。
接下來,我們將電路板放在Mini Reflow熱板上,該熱板從下面加熱PCB到大約200°C的錫膏熔化溫度。錫膏永久融化,并將所有SMD組件連接到它們的焊盤上。
Pi4框架架
我們通過將四個(gè)十六進(jìn)制M3 PCB支架連接到Pi 4的四個(gè)安裝孔開始組裝過程。我們用了四個(gè)6.7毫米長的六進(jìn)制木樁。
接下來,我們將Pi持有人部分安裝到Pi 4使用M3僵局的底部。
前車身準(zhǔn)備
為了提高設(shè)計(jì)的美觀性,我們創(chuàng)建了兩個(gè)附加部件:一條用橙色PLA打印的線并放置在正面,以及一個(gè)用兩種顏色打印的銘牌并放置在前機(jī)身的頂部。
我們?cè)?D打印線的底部涂上強(qiáng)力膠,然后將其放置在車身前部。
然后將強(qiáng)力膠涂在Pi Box銘牌的背面,然后將其放在前機(jī)身的頂部。
前車身與顯示器和Pi4組件
我們現(xiàn)在開始前部分的組裝程序,滑動(dòng)5英寸顯示屏內(nèi)的前車身部分。為了保持固定,我們使用熱熔膠將屏幕粘在機(jī)身上。
我們按照正確的順序?qū)PC電纜(隨顯示器提供)連接到Pi 4的MIPI DSI連接器。
然后將FPC電纜的另一端連接到5英寸顯示器上的DSI連接器上。
然后將Pi放置在前機(jī)身內(nèi),并使用四個(gè)M2螺釘擰緊Pi支架和定位在機(jī)身內(nèi)的螺釘座。
電源模塊Pi4組件
電源模塊現(xiàn)在位于顯示器的PCB支架上,并用M2.5螺栓固定。
然后,我們使用JST線束連接器將其正負(fù)端子連接到電源模塊的Vout和GND端子。
接下來,JST線束連接器通過40針GPIO頭連接器連接到樹莓派的5V和GND。
電源與前車身總成
我們先定位搖桿開關(guān),然后將電源模塊的GND端子連接到搖桿開關(guān)的NC上,開始電源前部的組裝過程。
然后我們將一根紅色電線連接到電源模塊的VIN,另一根連接到搖桿開關(guān)的NO端子。附加在NO端子上的額外導(dǎo)線將連接到電池組的GND;開關(guān)將作為電源模塊和電池組電路之間的斷開。
搖桿開關(guān)端子靠近連接顯示器和樹莓派的FPC電纜;因此,我們使用卡普頓膠帶包裹搖桿開關(guān)端子。
我們將VIN和GND線連接到電池組電路的VCC和GND端子。
總裝
最后的組裝過程開始于將電池組電路放入后部。
電池組電路隨后用兩個(gè)M2螺釘固定到位,將其放入后部的螺釘凸臺(tái)中。
然后我們將前部分放在后部分的頂部,其次是設(shè)備底部的底座支架。然后用4個(gè)M2螺釘固定。這個(gè)基礎(chǔ)持有人部分連接前面和后面的部分從底部。
我們將兩個(gè)M2螺釘分別放在左右面,將兩個(gè)組件永久固定在一起,完成組裝過程。
Recabox操作系統(tǒng)
我們目前使用的是RecalBox操作系統(tǒng),這是一款復(fù)古游戲模擬操作系統(tǒng),支持大量以前的游戲機(jī),包括GameCube、PS1、PS2和Xbox。
Recalbox操作系統(tǒng)使用簡單,預(yù)裝了大量免費(fèi)游戲。
此外,它結(jié)構(gòu)緊湊,可以在低端樹莓派電腦上高效運(yùn)行,非常適合直接使用SD卡操作的派4。
安裝過程很簡單:
我們下載并安裝了Raspberry Pi Imager,一個(gè)類似于Etcher或Rufus的成像工具應(yīng)用程序。它包括一個(gè)Raspberry pi支持的操作系統(tǒng)列表,您可以下載并直接刻錄到引導(dǎo)USB。
接下來,我們選擇要安裝的操作系統(tǒng),這是用于Pi4的Recalbox操作系統(tǒng)。
之后,樹莓派成像儀完成安裝過程,我們只需在Pi4上安裝SD卡并通電即可;第一次啟動(dòng)將額外花費(fèi)2-3分鐘。
結(jié)論
這是這個(gè)小構(gòu)建的最終結(jié)果:一個(gè)工作的迷你樹莓派PC或控制臺(tái)。因?yàn)檫@款設(shè)備介于迷你PC和主機(jī)之間,所以很難為它定義一個(gè)特定的用例;目前,我們正在利用Recalbox OS將其用作復(fù)古游戲模擬站。由于Raspberry Pi 4,這個(gè)設(shè)置也可以運(yùn)行DOOM。
使用樹莓派4的藍(lán)牙,我們可以連接我們的控制器玩游戲或連接任何設(shè)備,如鍵盤,使用USB端口。
由于內(nèi)置的電池組,我們可以把Pi BOX帶到任何地方。該設(shè)備的備用時(shí)間超過一個(gè)半小時(shí),考慮到所使用的電池組,這是足夠的,因?yàn)槲覀冎皇沁x擇了一個(gè)3S電池組。也許在未來的版本中,我們會(huì)在這個(gè)設(shè)計(jì)中添加一個(gè)更大容量的電池組,讓它可以持續(xù)使用一整天。
本文編譯自hackster.io