FeatherQuill - 34+ timer med distraksjonsfri skriving: 8 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:20

Av CameronCoward Mitt personlige nettsted Følg mer av forfatteren:

Om: Writer for Hackster.io, Hackaday.com og andre. Forfatter av Idiot's Guides: 3D Printing and A Beginner's Guide to 3D Modeling: A Guide to Autodesk Fusion 360. Mer om CameronCoward »Fusion 360 -prosjekter»

Jeg skriver til livets opphold, og tilbringer mesteparten av arbeidsdagen min foran datamaskinen min mens jeg prøver å lese artikler. Jeg bygde FeatherQuill fordi jeg ønsket en tilfredsstillende skriveopplevelse selv når jeg er ute og reiser. Dette er en dedikert, distraksjonsfri tekstbehandler i stil med en bærbar datamaskin. De viktigste funksjonene er en ekstremt lang batterilevetid (34+ timers skrive), et mekanisk tastatur og en rask oppstartstid

FeatherQuill er bygget rundt en Raspberry Pi Zero W, som ble valgt for sitt lave strømforbruk. Det kjører DietPi for å holde operativsystemet så lett som mulig. Når den er slått på, vil den automatisk laste inn en enkel terminalbasert tekstbehandler som heter WordGrinder. Tiden det tar å gå fra start til skriving er omtrent 20-25 sekunder.

Batteripakken består av åtte 18650 litiumionbatterier, som hver har en kapasitet på 3100mAh. Den totale kapasiteten er nok til å vare over 34 timer mens du skriver. Med en dedikert maskinvarebryter kan du slå av LCD -skjermen for en "standby" -modus. I standby vil Raspberry Pi fortsette å kjøre som normalt, og batteripakken kan vare mer enn 83 timer.

Rekvisita:

• Raspberry Pi Zero W
• 18650 battericeller (x8)
• LiPo ladebord
• 5 "LCD -berøringsskjerm
• 60% mekanisk tastatur
• Små magneter
• Micro USB -adapter
• Nikkelstrimler
• USB C -utvidelse
• 3 mm varmesettinnlegg
• M3 skruer
• 608 skateboard lagre
• Brytere
• Korte USB -kabler og HDMI -kabel

Ekstra rekvisita du trenger:

• Klemmer
• Gorilla Lim
• 3D -skriverfilament
• Loddefluks
• Metalltråd

Verktøy:

• 3D -skriver (jeg brukte en BIBO)
• Loddejern (dette er mitt)
• Hot Lim Gun (som dette)
• Skrutrekkere
• Allen/sekskantnøkler
• Filer
• Dremel (Ikke nødvendig, men hjelper til med å trimme/rydde opp etter behov)

Trinn 1: Strømforbruk og batterilevetid

For dette prosjektet var batterilevetiden den viktigste faktoren for meg. Målet mitt var å kunne ta med meg FeatherQuill på en weekendtur og ha nok batteriliv til å skrive et par hele dager uten å måtte lade det opp igjen. Jeg tror jeg har oppnådd det. Nedenfor er de forskjellige målingene jeg tok og konklusjoner jeg kom til angående batterilevetid. Husk at 18650 battericeller har forskjellige kapasiteter, og modellene jeg brukte for dette prosjektet er 3100mAh hver.

Målinger:

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

Bare LCD (bakgrunnsbelysning av): 1,2W (5V 240mA)

Alt på (ingen tastatur -lysdioder): 2,7 W (5V 540mA)

Tastatur frakoblet: 2,3 W (5V 460mA)

USB -hub frakoblet: 2,3 W (5V 460mA)

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

Raspi + tastatur: 1,35 W eller 1,05 W? (5V 270mA - 210mA, gjennomsnitt: 240mA)

Alt tilkoblet (bakgrunnsbelysning av): 2,2 W (5V 440mA)

Konklusjoner:

Raspi: 120mA

Tastatur: 80mA LCD

(minus bakgrunnsbelysning): 240mA

LCD -bakgrunnsbelysning: 100mA

LCD totalt: 340mA

USB -hub: Ingen strøm brukt

Normal bruk: 5V 540mA Standby

(Baklys av): 5V 440mA

Standby (LCD av helt): Avlesninger inkonsekvente, men 5V ~ 220mA

Batterilevetid med 8 x 18650 3,7V 3100mAh batteri (totalt: 24, 800mAh):

Normal bruk: 34 timer ventemodus

(Bakgrunnsbelysning av): 41,5 timer

Standby (LCD av helt): 83,5 timer

Tilleggsinformasjon og forklaringer:

Målinger ble tatt med en billig energimåler og er sannsynligvis ikke helt nøyaktige eller presise. Men avlesningene er konsistente nok til at vi kan anta at de er "nær nok" til våre formål.

Alt går på 5V (nominelt). Strøm for testing kom fra en standard USB -veggvorter strømforsyning. Strøm til selve bygget kommer fra en 18650 LiPo -batteripakke via et LiPo lade-/booster -kort.

Disse målingene ble tatt mens du kjørte DietPi (ikke Raspberry Pi OS) med både WiFi og Bluetooth deaktivert. Bluetooth -verktøy/tjenester ble fjernet helt.

DietPi "Power Save" CPU -innstilling ser ikke ut til å ha noen effekt i det hele tatt.

Oppstartsprosessen bruker mer strøm, ettersom CPU -turbo er på. Øker med omtrent 40mA under oppstart.

Oppstartstid, fra strøm til WordGrinder, er omtrent 20 sekunder.

Det ser ikke ut til at WordGrinder i seg selv bruker ekstra strøm.

Strømforbruket på LCD -en er overraskende. Baklyset er vanligvis ansvarlig for det meste av strømforbruket. I dette tilfellet er bakgrunnslyset imidlertid ansvarlig for mindre enn 1/3 av strømforbruket. For å forlenge "standby" batterilevetid, vil det være nødvendig med en bryter for å koble strømmen til LCD -skjermen helt.

Tastaturet trekker også mer strøm enn forventet. Selv om Bluetooth er frakoblet med den innebygde hardbryteren, batteriet er koblet fra (for å unngå å bruke strøm til lading) og lysdioder slått av, bruker det fortsatt 80mA. Tastaturets lysdioder har en alvorlig effekt på strømforbruket. Alle lysdioder på med maks lysstyrke øker strømforbruket med 130mA (totalt 210mA). Alle lysdioder på med minimum lysstyrke øker strømforbruket med 40mA. De mer konservative LED -effektene, med minimum lysstyrke, kan forbruke alt fra praktisk talt ingenting til rundt 20mA. Dette er et godt valg hvis du ønsker effekter, ettersom de bare reduserer batteriets levetid "normal bruk" med omtrent 1,5 timer.

LiPo -batterikortet vil sannsynligvis forbruke litt strøm selv og vil ikke ha perfekt effektivitet, så batterilevetiden i den "virkelige verden" kan være mindre enn de teoretiske tallene som er oppført ovenfor.

Trinn 2: CAD -design

For å sikre at skrivingen var behagelig, trengte jeg et mekanisk tastatur. Denne modellen er 60%, så den utelater talltastaturet og dobler opp mange taster med lag. Den primære delen av tastaturet er av samme størrelse og layout som et vanlig tastatur. En liten LCD ble valgt for å holde strømforbruket nede.

Jeg begynte med å skissere et grunnleggende design og fortsatte deretter til CAD -modellering i Autodesk Fusion 360. Jeg måtte gå gjennom flere revisjoner for å gjøre saken så kompakt som mulig, samtidig som jeg sørget for at alt passet. En rekke tilpasninger ble gjort gjennom prosessen. Noen av disse gjenspeiles ikke på bildene da jeg gjorde endringer etter utskrift, men er tilstede i STL -filene

3D -skriveren min har en gjennomsnittlig størrelse, så hver del måtte deles i to stykker for at de skulle passe på sengen. Halvdelene er forbundet med M3 varmesettinnsatser og M3 skruer, med Gorilla Lim i sømmen for å øke styrken.

Bare tastaturet og batteriene er plassert i den nedre halvdelen av saken. Alle de andre komponentene er i toppen/lokket.

Etuiet er utformet slik at tastaturet er i vinkel når lokket åpnes, for å øke skrivekomforten. Små magneter brukes til å holde lokket lukket. De er ikke så sterke som jeg vil, og jeg vil sannsynligvis designe en slags lås i fremtiden.

Trinn 3: 3D -utskrift av saken

Jeg hadde ikke opprinnelig tenkt å gå med denne fargepaletten av sukkerspinn, men jeg fortsatte å gå tom for filament, og det er det jeg endte opp med. Du kan skrive ut delene i hvilken farge og materiale du liker. Jeg brukte PLA, men vil anbefale å bruke PETG hvis mulig. PETG er sterkere og er ikke så utsatt for deformasjon i varme.

Du må bruke støtter for alle delene. Jeg anbefaler også på det sterkeste å bruke Curas "Fuzzy" -innstillinger til en lav verdi (Tykkelse: 0,1, Tetthet: 10). Dette vil gi overflaten på delene en fin strukturert finish som er flott for å skjule laglinjer.

Etter at du har skrevet ut delene, vil du bruke et loddejern for å få varmeinnsatsene varme. Da kan du bare skyve dem inn i de større hullene. De vil smelte plasten når de går inn, og deretter vil de bli holdt på plass når plasten er avkjølt.

De to bunndelene må limes sammen først. Gjør den ene halvdelen av sømmen våt med vann og legg deretter til et tynt lag Gorilla Lim på den andre halvdelen av sømmen. Skru deretter inn de to M3 -skruene godt. Bruk klemmer for å holde de to delene sammen og tørk av overflødig lim. La klemmene sitte på plass i 24 timer for å sikre at limet er helt herdet. Sett deretter lagrene inn i hullene.

Du vil gjenta denne prosessen med toppdelene, men du må sette dem inn i lagrene før du limer/skruer delene sammen. Du vil ikke kunne demontere de to delene etter at de er satt sammen.

Trinn 4: Endre LCD og tastatur

Denne LCD -skjermen er designet for å være en berøringsskjerm (funksjonalitet vi ikke bruker) og har en kvinnelig pinneoverskrift på baksiden for å koble til Raspberry Pi's GPIO -pinner. Denne overskriften øker tykkelsen på LCD -panelet dramatisk, så det må gå. Jeg kunne ikke få tilgang til å desolde det trygt, så jeg skar det bare av med en Dremel. Dette opphever åpenbart din LCD -garanti …

Tastaturet har et lignende problem, takket være en bryter for Bluetooth -brikken. Vi bruker ikke Bluetooth, og det øker strømforbruket dramatisk. Etter at du har fjernet tastaturet fra esken (skruer er skjult under tastene), kan du bare bruke varmluft eller loddejern for å koble fra bryteren.

Trinn 5: Konfigurere DietPi og WordGrinder

I stedet for å bruke Raspberry Pi OS, valgte jeg å bruke DietPi. Det er lettere og støvler raskere. Det tilbyr også noen få tilpasningsmuligheter som kan bidra til å redusere strømforbruket (som å enkelt slå av den trådløse adapteren). Hvis du foretrekker det, kan du bruke Raspberry Pi OS-til og med hele skrivebordsversjonen hvis du vil.

Detaljerte installasjonsinstruksjoner for DietPi er tilgjengelig her:

Du kan deretter installere WordGrinder:

sudo apt-get install wordgrinder

Hvis du vil at den skal starte WordGrinder automatisk, legger du bare til "wordgrinder" -kommandoen i.bashrc -filen.

WiFi -adapteren kan deaktiveres via DietPi -konfigurasjonsverktøyet. Alt annet fungerer omtrent det samme som med en Raspberry Pi. Jeg foreslår at du googler guider for å deaktivere Bluetooth og øke terminalstørrelsen (hvis den er for liten for deg).

Trinn 6: Loddebatteripakke

Før jeg fortsetter med denne delen, må jeg gi deg en ansvarsfraskrivelse:

Li-ion-batterier er potensielt farlige! De kan ta fyr eller eksplodere! Jeg er ikke engang ansvarlig hvis du dreper deg selv eller brenner ned huset ditt. Ikke ta mitt ord for hvordan du trygt gjør dette-gjør undersøkelser

Ok, med det ute av veien, er det slik jeg satte sammen batteripakken. Det anbefales at du oppdager sveising av batteritilkoblingene, men jeg hadde ikke en punktsveiser, og derfor loddet jeg dem i stedet.

Før du gjør noe annet, må du sørge for at batteriene alle har samme spenning. Hvis de ikke gjør det, vil de i utgangspunktet prøve å lade hverandre for å balansere spenningen med dårlige resultater.

Begynn med å skru opp terminalene på hver ende av batteriene. Jeg brukte en Dremel med en sandpapirbit for å gjøre det. Sett dem deretter på plass for å få avstanden riktig. Sørg for at de alle vender i samme retning! Vi kobler disse parallelt, så alle de positive terminalene vil være tilkoblet og alle de negative terminalene vil bli koblet til. Bruk litt varmt lim mellom batteriene for å holde avstanden (men ikke lim dem til etuiet).

Belegg hver terminal i et tynt lag med fluks, og legg deretter nikkelstrimler på toppen for å koble terminalene. Jeg brukte 1,5 strimler per side. Bruk den største spissen din loddejern kan godta og skru varmen så høyt som mulig. Varm deretter hver terminal og nikkelstripen samtidig mens du påfører en liberal mengde loddetinn. Målet er å unngå overoppheting av batteriene ved å ta kontakt med loddetangen så kort tid som mulig. Bare sørg for at loddetinnet flyter ordentlig over terminalen og nikkellisten, og fjern deretter varmen.

Når de to settene med fire batterier er loddet med nikkelstrimlene, kan du bruke ledning (18AWG eller høyere) for å koble de to sammen igjen: positivt til positivt og negativt til negativt. Deretter loddes to lengre ledninger til terminalene i den ene enden av batteripakken og føres gjennom åpningen. Det er det som skal levere strøm til LiPo ladekort.

Trinn 7: Montering av elektronikk

Dette oppsettet bør være ganske greit. Sett tastaturet på plass og bruk de originale skruene til å feste det til støttene. På motsatt side (i batterirommet), plugg inn USB-C-kabelen og før den gjennom åpningen som går til lokket.

På toppen skal LCD -skjermen passe godt på plass (sørg for at bakgrunnsbelysningsbryteren er på!). USB-C-forlengeren skrus på plass med de medfølgende skruene. LiPo ladebrett holdes på plass med varmt lim. Plasser den for å sikre at knappen kan trykkes ned og at skjermen er synlig gjennom vinduet i LCD -dekselet. Raspberry Pi passer på tappene, og litt varmt lim vil sikre det.

En USB -kabel kan kjøres fra høyre LiPo -kortutgang til Raspberry Pi. Vi har ikke plass til USB -kontakten på venstre utgang, som brukes til LCD -skjermen. Kutt USB-A-enden av en kabel og fjern skjermen. Du trenger bare de røde (positive) og svarte (negative) ledningene. Den positive ledningen går gjennom de to øverste terminalene på bryteren. Deretter må dine negative og positive ledninger loddes på venstre USB -utgang på LiPo -kortet. Lengste venstre pinne er positiv og lengst til høyre pinne er malt (negativ).

Bare bruk varmt lim for å holde alle ledningene på plass slik at de er så "flate" som mulig og ikke skyver ut på LCD -dekselet.

Trinn 8: Sluttmontering

Alt du trenger å gjøre er å skru LCD-dekslene på toppen-det er tapper øverst for at dekselet skal passe under for å holde LCD-skjermen på plass-og batteridekslene på bunnen.

Trykk to ganger på LiPo-kortknappen for å slå på strømmen. Hvis du holder den nede, slås den av. Bryteren lar deg styre strømmen til LCD -en uavhengig og er flott for å spare strøm når du ikke skriver. Sørg for å lese håndboken for tastaturet for å lære hvordan du kontrollerer de forskjellige LED -effektene. Jeg anbefaler å bruke minimum lysstyrke og en av de mer subtile effektene for å spare batteri.

Etter å ha lagret et dokument for første gang, lagres WordGrinder automatisk etter det. WordGrinder har et enkelt grensesnitt, men mange snarveier. Les gjennom dokumentene for å lære mer om hvordan det fungerer. Filer kan overføres til en ekstern datamaskin via en SSH-tilkobling-bare slå på WiFi-adapteren igjen når du trenger å overføre dokumenter.

Det er det! Hvis du likte dette prosjektet, kan du vurdere å stemme på det i "Batteridrevet" -konkurransen. Jeg legger mye arbeid i å designe FeatherQuill og har en idé om å designe en lignende enhet med 2-3 ganger batteriet. Følg meg her for å holde deg oppdatert på prosjektene mine!

Andre premie i batteridrevet konkurranse