3D 打印的树莓派掌上 PC

基于 ESP32-S2 树莓派掌上 PC

Cherry

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项目状态:填坑进行中
开放度:公开
所属分类:电子
发布时间:2021-10-20
最近更新:2021-10-22

详细说明


因为树莓派本身就是一台微型的电脑,大家对于如何使用树莓派来实现一台多功能的电脑一直在做尝试。在前面的教程中我们曾发表过《Pi-Micro》,如手机般大小的掌上电脑;还有《 Arduino Basic PC》基于 Arduino 的掌上电脑。
今天我们给大家带来一个基于 ESP32-S2 ,附带 56 个键盘,4 英寸显示屏以及扩展接口的树莓派掌上 PC。整个项目所需材料不多,易于构建,且外壳使用 3D 打印,整体造价不高。

https://v.qq.com/x/page/k3303er8vll.html

项目特点:

  • ESP32-S2,易于焊接且损耗小。

  • 4 英寸 IPS 显示屏,4GB RAM,2 个 HDMI 输出端口。

  • 56 键可定制键盘,2 个用于导航的侧边按钮。

  • 带有 RTC 时钟、蜂鸣器、振动、光敏传感器和红外发射模块。

  • 支持红外遥控;支持自动息屏;支持显示新旧加载项;支持鼠标左右键。

  • 支持 MPU6050 陀螺仪模块、BME280 压力模块和温湿度模块。

  • 支持键盘按钮关闭模块、显示器以及附加组件;支持使用操作系统和键盘键关闭电源。

  • 带有 USB type C 型号的 Nurolink / Dock 端口,支持 UART、I2C 和供电。

  • 支持读取电池电量并在电池电量不足时关闭设备电源。

  • 支持 ESP32-S2 与树莓派通过 Neopixel 库双向连接。

  • 18650 锂电池,带充放电保护。

  • 改进版的外壳使其更好地贴合 PCB。

链接表


文件库

files.zip
[6417886 Bytes at 2021-10-20, 33 次下载]



教程

组件清单
  • Esp32-S2 × 1
  • 树莓派 × 1
  • 3D 打印部件 × 若干
  • USB C 到 USB C 转换器 × 1
  • 4 x 2 公头排针 × 1
  • 2 x 20 母头排针 × 1
  • 4 英寸 IPS 显示屏 × 1
  • FPC 连接器 × 1
  • 锂电池 × 1
  • PCB 板 × 1
  • GPS 模块 × 1
  • DS3231 × 1
  • 蜂鸣器 × 1
  • TP4056 × 1
  • RTC 时钟 × 1
  • 按键 × 56
  • USB C 接口 × 2
  • 螺丝螺母 × 若干
  • 电阻 × 若干
  • 电容 × 若干
  • LED 灯 × 1
  • 接线 × 若干
  • 贴片按键 × 2
  • 吸锡带 × 1
  • 电烙铁 × 1
  • 焊锡丝 × 1
  • 剪线钳 × 1
  • 助焊剂 × 1
  • 修边刀 × 1

PCB 功能介绍


我将提供完整的清单,它包含所有的功能,但你可以根据自己的需求来组装。
如图所示,组件功能介绍如下(参考):
S - 1 开关电源模块,用于控制设备开关(必备)。
S - 2 连续充电模块 ,断开充电器,防止设备重启
S - 3 升压模, 将电池出来的电压升至 5 V
S - 4 ESP32-S2 + 复位模块,控制器 (必备)。
S - 5 振动模块 提供振动反馈(可选)。
S - 6 时钟模块 断电后保持计时(可选)。
S - 7 MP6050 / BME280 陀螺仪 / 温湿度(可选)。
S - 8 扩展电源 设备关闭时可保持显示模块 S - 7 的功能(可选)。
S - 9 红外模块 红外遥控器 (可选)。


我列出两个版本供大家参考,一个精简版和一个完整版。你可以根据自己的需求对组件进行了删减。

PCB 与 3D 外壳打印


PCB 选定好功能后就可以开始搭建以及 3D 打印外壳。外壳总有五个部分。

关于外壳 3D 打印文件可以在本项目文件库中下载:
https://make.quwj.com/project/401
PCB 总有三个部分。
关于 PCB 3D 打印文件可以在本项目文件库中下载:
https://make.quwj.com/project/401

焊接部分


在 PCB 中一共有八个模块,我采用分模块焊接的方式,先焊接三个模块的零件,这样有助于分步查错。


焊接顺序如下:

  • USB C 端口 > S - 2 > 电池连接器 >> 查看电池是否充电。

  • S-4 (暂不焊接 FPC 连接器) > 4 x 2 公头排针 >> 测试能否能够上传固件。

  • S-1 > S - 3 >> 连接电池并按 S-3 模块中的按钮,查看指示灯是否亮起。

  • 焊接 FPC 连接器(外接显示器用)和 2 x 20 母头排针 > S-8 >> 键盘 >> 连接树莓派和电池,按住电源按钮查看树莓派是否启动。

  • S-6 > S-9 > S-7 >> 查看在 OS 的指导下,整个 PCB 板的是否工作正常。

组装部分




螺丝的型号如图所示。
3D 打印外壳所需的螺丝的型号为:

  • 22 mm x 2

  • 9 mm x 2

  • 6 mm x 4

  • 8 mm x 1

  • 10 mm x 1

  • 16 mm x 1

尝试将 PCB 放入,毛边的地方需要用砂纸打磨。

线路连接及其他功能的扩展(可选)


在 PCB 有一个扩展端口(2 x 10 pin 的排母),接入后可扩展一下六个功能:

  • 无线电广播, LoRa 通信

  • 自定义 Wifi

  • GPS

  • Micro SD

  • 蓝牙

  • 压力+湿度+温度模块

  • 自定义专属模块

Nurolink / Dock 端口的扩展

该设备的 Nurolink / Dock 对接端口,可以用来供电、连接外部设备或外部电路。

如图所示,可连接到 Nurolink / Dock 端口的 GPS 模块。

同时也可通过 Nurolink / Dock 端口连接两个接口,需要将使用 USB C 和 USB C 的电缆进行改动,需要交换 D+ 和 D- 线,因为 TX 要连接至 RX,没有改动的线是 Tx 连接到 TX。

Nurolink / Dock 端口的 6 个引脚如下:

  • 2 个引脚分别为 UART / TTL 引脚:Tx 和 Rx

  • 2 个引脚分别为电源引脚:3v 和接地

  • 2 个引脚分别为 I2c 引脚:SDL 和 SCL

可升级的地方


DIY PC 的过程不会一帆风顺,仍有许多改进的地方,可以不断的优化项目。

例如:
Arduino 编码,可在固件中添加功能。
Fusion 360,可改进支持且更容易构建。
Python,可使附件充分发挥作用,例如基于 Lora 的通信应用程序能够与其他 PC 用户进行通信。
FreeCAD,将其移植到 freeCAD,能够更加开源。
KiCAD,能够更加开源。