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(lái)。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(lái)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(guò)程，所以讓我們從構(gòu)建開(kāi)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(lái)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(kāi)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(guò)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(guò)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(kāi)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(wèn)I/O。

電池電路位于樹莓派的后面。通過(guò)把這些組件安排在合適的位置，我們開(kāi)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(kāi)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(guò)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(kāi)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(lái)雙色的感覺(jué)，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(wèn)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(kāi)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(lái)說(shuō)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(gòu)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(kāi)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(guò)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(guò)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(jiǎn)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(guò)15年的行業(yè)專業(yè)知識(shí)提供了對(duì)先進(jìn)制造的見(jiàn)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(guò)程開(kāi)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(lái)，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(lái)，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(guò)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(kāi)始組裝過(guò)程。我們用了四個(gè)6.7毫米長(zhǎng)的六進(jìn)制木樁。

接下來(lái)，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(kāi)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(lái)，JST線束連接器通過(guò)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(kāi)關(guān)，然后將電源模塊的GND端子連接到搖桿開(kāi)關(guān)的NC上，開(kāi)始電源前部的組裝過(guò)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(kāi)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(kāi)關(guān)將作為電源模塊和電池組電路之間的斷開(kāi)。

搖桿開(kāi)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(kāi)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(guò)程開(kāi)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(guò)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(jiǎn)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(guò)程很簡(jiǎn)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(lái)，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(guò)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(guò)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(lái)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