Aprenda a fazer um monitor portátil alimentado por bateria que também pode alimentar um Raspberry Pi: 8 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:36

Sempre quis codificar python, ou ter uma saída de vídeo para seu Robô Raspberry Pi, em movimento, ou precisava de um monitor secundário portátil para seu laptop ou câmera?

Neste projeto, estaremos construindo um monitor portátil movido a bateria e uma fonte de alimentação que também pode alimentar um Raspberry Pi ou carregar seu telefone. Usaremos uma bateria de célula de íon-lítio e usaremos conversores buck e boost de DC para DC para construir nosso projeto.

Tenha cuidado e lembre-se de que os lembretes de segurança estão em negrito

Suprimentos

Você vai precisar de:

-Uma Raspberry pi (qualquer placa funcionará, basta observar os requisitos de volagem e corrente para referência posterior) e os adaptadores e cabos de alimentação necessários:

www.amazon.com/gp/product/B01C6FFNY4/ref=o…

-Um monitor LCD de 12 VOLT (usei uma tela de 7 polegadas);

www.amazon.com/Loncevon-Portable-Computer-…

- Um conversor de buck DC para DC com saída USB:

www.amazon.com/gp/product/B07JZ2GQJF/ref=o…

- Um conversor de reforço DC para DC:

www.amazon.com/Onyehn-LTC1871-Converter-Ad…

- Fio eletrônico de núcleo único, pequeno e médio, que pode lidar com pelo menos um máximo de 10 amperes

- cabos jumpers

- Cabo de alimentação USB

-Cabo HDMI

-Um pino de tambor adequado para exibição:

www.amazon.com/OdiySurveil-5Pairs-Terminal…

- (Opcional) Uma impressora 3D para imprimir as peças de montagem e a caixa da bateria, se necessário

-Um suporte de bateria:

www.amazon.com/Plastic-Battery-Batteries-C…

-Um interruptor adequado

www.amazon.com/Aoyoho-Thread-Latching-Butt…

-18650 células de bateria em quantidades uniformes (Tenha muito cuidado ao comprar células de íon-lítio de fornecedores dos quais você não está familiarizado com a compra)

Etapa 1: Compreendendo o básico

Aqui está uma rápida revisão da teoria e dos princípios por trás do projeto, pois é importante entender os princípios eletrônicos básicos por trás deste projeto.

Em primeiro lugar, vamos avaliar os componentes principais que escolhemos. Escolhemos um monitor de 12 volts para este projeto, e um raspberry pi opera a uma voltagem de 5 volts e requer até 3 amperes para manter a energia, dependendo de qual placa raspberry pi é usada.

A seguir, vamos discutir nossa fonte de energia. Células de íon-lítio (em média com capacidade de 3,5 V), estão sendo utilizadas para alimentar este projeto, em uma configuração 2S (as células são ordenadas em grupos de células, os quais contêm duas células conectadas em série, cada uma delas conectada em paralelo entre si). Como tal, a bateria pode produzir uma voltagem média de 7 volts e sua saída de corrente e capacidade sendo determinadas pelo número de grupos de células sendo usados.

Agora, vamos examinar nosso sistema de regulação de energia. Devido à saída da bateria não ser inicialmente satisfatória para alimentar o projeto de forma eficiente por conta própria, os conversores de tensão DC para DC são necessários para converter a tensão de saída de nossa bateria para a tensão necessária de cada dispositivo (levando a uma alteração das baterias corrente de carga de saída máxima também), aumentando ou diminuindo a tensão (portanto, diminuindo e aumentando a corrente, respectivamente). Como o raspberry pi requer uma corrente de carga maior do que a exibição, a tensão terá que ser reduzida para atender a tensão necessária do raspberry pi e o mínimo de corrente de carga

Conseqüentemente, nossa configuração de bateria 2S é ideal para a tarefa em questão (devido à saída ser em torno de 7 V), pois é próxima o suficiente da tensão nominal do raspberry pi para também fornecer corrente de carga ampla e próxima o suficiente da tensão nominal de a tela de forma que, quando a voltagem aumentar, haja corrente suficiente para continuar operando a tela.

Os conversores de tensão DC para DC sendo usados no projeto são: 1) um conversor boost, isso aumentará nossa entrada de 7 volts, para uma saída de 12 volts constante para uso por nosso monitor e 2) um conversor buck, isso diminuirá nossa entrada de 7 volts para uma saída constante de 5 volts com um amplo suprimento de corrente para a operação mais intensa.

Este projeto também pode ser feito de várias formas, como fazer o projeto de forma que apenas o display seja alimentado por bateria, caso em que basta seguir o guia e desconsiderar os passos de configuração do framboesa pi.

Além disso, este projeto pode ser usado para alimentar um telefone ou qualquer outro dispositivo alimentado por USB em vez de uma placa pi framboesa, se você desconsiderar todas as partes de cada etapa que lidam com o monitor ou quaisquer variações de tal, portanto, saber o básico ensinado aqui é instrumental para quaisquer melhorias ou modificações posteriores.

Etapa 2: Iniciando a construção e imprimindo as peças

Agora que você entende as operações eletrônicas básicas deste projeto, podemos começar nossa construção.

Este projeto é principalmente eletrônico, mas se você quiser tudo em um pacote arrumado ou não tiver certas peças. Você pode imprimi-los em 3D primeiro para que possa se concentrar na eletrônica mais tarde.

Se você usou o monitor recomendado, pode usar este arquivo para seu chicote (incluído na etapa).

Se precisar de um suporte de bateria, você pode verificar: https://www.thingiverse.com/thing:1823552. Você pode seguir as instruções do criador ou pode fazer seus próprios orifícios e usar parafusos de m2 a m4, parafusos e arruelas para prender as células e a fiação. Lembre-se de verificar novamente suas conexões e isolar todas as conexões abertas e parafusos condutores antes de continuar.

Etapa 3: Fiação da bateria

Antes de começar, certifique-se de ter todos os componentes necessários e lembre-se de verificar se as células 18650 têm voltagem e capacidade semelhantes

Primeiro, agrupe suas baterias de íon de lítio 18650 em pares e conecte cada par em série formando um grupo de células.

Em seguida, pegue cada grupo de células e conecte cada um deles em paralelo entre si, e lembre-se de conectar uma chave a uma das junções paralelas (de preferência a primeira ou a última ou na saída da bateria).

Isso é visto no diagrama de fiação acima.

Lembre-se novamente de verificar suas conexões e isolar todas as conexões abertas e parafusos condutores antes de continuar

Etapa 4: conectando seus reguladores de tensão

A seguir, conectaremos nossos reguladores de tensão DC para DC à nossa bateria.

Primeiro, certifique-se de que a chave colocada na bateria conforme mostrado antes esteja desligada antes de conectar a fiação para evitar danos aos componentes durante a calibração.

Em seguida, conecte os terminais positivos da bateria aos conversores positivo e auxiliar em paralelo.

Em seguida, conecte o terminal negativo da bateria aos conversores buck e boost em paralelo.

Isso é mostrado acima.

Em seguida, ligue a chave e use uma chave de fenda para ajustar as saídas dos conversores boost e buck girando os potenciômetros das placas

O conversor de reforço irá alimentar o display de 12 VOLT e a saída deve ser calibrada para ter uma saída de 12 volts

O conversor Buck alimentará o Raspberry Pi. Conforme mencionado anteriormente, cada placa tem um requisito atual diferente. Defina o conversor de Buck para 5 Volts e defina-o para o modo USB (pode ser feito através da documentação incluída na embalagem do componente) e defina as Normas Atuais para 1 ampere e calibre com base na placa, uma vez que seja conectado posteriormente.

Etapa 5: conecte sua tela e Raspberry Pi

Após a calibração dos reguladores de tensão, podemos conectar nossos dispositivos

Primeiro, podemos conectar nosso pino cilíndrico à saída do conversor boost na polarização adequada e você pode conectá-lo à tela.

Em seguida, conecte o USB ao Raspberry Pi e, em seguida, conecte o HDMI do Raspberry Pi à tela.

Agora use uma chave de fenda e ajuste o limite de corrente do conversor Buck para um valor no qual a placa pi framboesa liga e inicializa (pode variar de 1 a 4 amperes, dependendo da placa usada).

Um telefone celular pode ser usado aqui se for necessário carregar um telefone celular, em vez de alimentar um pi framboesa. Apenas certifique-se de que a amperagem na qual você limita o potenciômetro está definida de acordo com as especificações do seu dispositivo.

Etapa 6: Concluindo

Agora a eletrônica está pronta e agora você pode amarrar todos os seus cabos e é hora de conectar o chicote de LCD

Você pode ajustar o conversor de reforço e o pacote de bateria para se adequar às suas necessidades com cola quente ou parafusos e se estiver usando o arnês impresso incluído, você irá:

1) Prenda todos os componentes por meio de fita dupla-face, fazendo furos no modelo impresso em 3D para se adequar aos seus componentes e fixando com parafusos ou com laços de torção no modelo 3D

2) Remova o suporte da tela da parte inferior do monitor para expor o slot no qual o modelo será inserido

3) Deslize a guia da montagem impressa no slot na parte traseira do monitor a partir da parte inferior, até que a montagem esteja segura.

4) Parafuse novamente o suporte para travar a montagem no lugar e prender os componentes.

Etapa 7: Conclusão

Agora que você tem um Raspberry Pi e uma tela alimentados por bateria, para avançar, você pode adicionar um teclado sem fio e, em seguida, uma câmera. Também por meio deste projeto, você aprofundou seu conhecimento sobre eletrônica e como os itens básicos que você usa no dia a dia, como baterias e smartphones funcionam e são alimentados.

Etapa 8: Etapas Futuras

Este projeto pode ser melhorado no futuro com a adição de uma caixa impressa em 3D na qual todos os componentes existentes podem ser armazenados e protegidos do ambiente externo.

Além disso, um circuito de carregamento de bateria integrado pode ser adicionado para carregar o dispositivo sem remover as baterias e mais células podem ser adicionadas para melhorar a vida útil da bateria.

Você pode adaptar este projeto em um banco de bateria ou apenas um display alimentado por bateria e, no futuro, você também pode aumentar a capacidade da bateria e a saída de corrente de carga máxima conectando mais grupos de células 2S 18650 em uma configuração semelhante em paralelo com as células atuais.

Este projeto pode ser expandido em uma matriz de visores e pi's de framboesa por meio da expansão dos grupos de células da bateria e da repetição de cada etapa dentro deste projeto. Este projeto pode, portanto, ser usado como um backbone no qual você pode expandir sua matriz alimentada por bateria de monitores e Raspberry pi's