Aprenda a hacer un monitor portátil con batería que también pueda alimentar una Raspberry Pi: 8 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

¿Alguna vez ha querido codificar Python, o tener una salida de pantalla para su Robot Raspberry Pi, en movimiento, o ha necesitado una pantalla secundaria portátil para su computadora portátil o cámara?

En este proyecto, construiremos un monitor portátil a batería y una fuente de alimentación que también puede alimentar una frambuesa pi o cargar su teléfono. Usaremos una batería de celda de iones de litio y usaremos convertidores DC a DC tanto reductores como impulsores para construir nuestro proyecto.

Tenga cuidado y recuerde que los recordatorios de seguridad están en negrita

Suministros

Necesitará:

-Una Raspberry pi (cualquier placa funcionará, solo tenga en cuenta el requisito de volage y el consumo de corriente para referencia posterior) y los adaptadores y cables de alimentación necesarios:

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-Un monitor LCD con clasificación de 12 VOLTIOS (utilicé una pantalla de 7 pulgadas);

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-Un convertidor buck de CC a CC con salida USB:

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-Un convertidor elevador de CC a CC:

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-Cable de electrónica pequeña y mediana de un solo núcleo que puede manejar al menos un máximo de 10 amperios

-cables de salto

-Cable de alimentación USB

-Cable HDMI

-Un pasador de barril adecuado para mostrar:

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- (Opcional) Una impresora 3d para imprimir las piezas de montaje y la caja de la batería si es necesario

-Un portapilas:

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-Un interruptor adecuado

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-18650 celdas de batería en cantidades iguales (tenga mucho cuidado al comprar celdas de iones de litio de proveedores con los que no está familiarizado con la compra)

Paso 1: Comprensión de los conceptos básicos

A continuación, se ofrece un repaso rápido de la teoría y los principios detrás del proyecto, ya que es importante comprender los principios electrónicos básicos detrás de este proyecto.

En primer lugar, evaluemos los componentes básicos que elegimos. Elegimos un monitor de 12 voltios para este proyecto, y una frambuesa pi funciona a un voltaje de 5 voltios y requiere hasta 3 amperios para mantener la energía, dependiendo de qué placa frambuesa pi se utilice.

A continuación, analicemos nuestra fuente de energía. Se están utilizando celdas de iones de litio (en promedio con una capacidad de 3,5 V) para alimentar este proyecto, en una configuración 2S (las celdas se ordenan en grupos de celdas de los cuales contienen dos celdas conectadas en serie, cada grupo de celdas está cableado en paralelo entre sí). Como tal, la batería puede generar un voltaje promedio de 7 voltios y su salida de corriente y su capacidad se determinan por el número de grupos de celdas que se utilizan.

Ahora, repasemos nuestro sistema de regulación de energía. Debido a que la salida de la batería no es inicialmente satisfactoria para alimentar el proyecto de manera eficiente por sí sola, se requieren convertidores de voltaje CC a CC para convertir el voltaje de salida de nuestra batería al voltaje requerido de cada dispositivo (lo que lleva a una alteración de las baterías corriente de carga de salida máxima también), ya sea aumentando o disminuyendo el voltaje (por lo tanto, disminuyendo y aumentando la corriente respectivamente). Como la raspberry pi requiere una corriente de carga mayor que la pantalla, el voltaje deberá reducirse para cumplir con el voltaje requerido de la raspberry pi y la corriente de carga mínima.

Por lo tanto, llevar a nuestra configuración de batería 2S es ideal para la tarea en cuestión (debido a que la salida es de alrededor de 7 V) ya que está lo suficientemente cerca del voltaje nominal de la frambuesa pi para proporcionar también una corriente de carga amplia y lo suficientemente cerca del voltaje nominal de la pantalla de manera que cuando se aumente el voltaje, habrá suficiente corriente para seguir operando la pantalla.

Los convertidores de voltaje CC a CC que se utilizan en el proyecto son: 1) un convertidor elevador, esto aumentará nuestra entrada de 7 voltios, a una salida constante de 12 voltios para uso de nuestro monitor y 2) un convertidor reductor, esto disminuirá nuestra entrada de 7 voltios a una salida constante de 5 voltios con un amplio suministro de corriente para la operación más intensa.

Este proyecto también se puede hacer de varias maneras, como hacer el proyecto de tal manera que solo la pantalla funcione con batería, en cuyo caso todo lo que tendrá que hacer es seguir la guía e ignorar los pasos para la configuración de la frambuesa. Pi.

Además, este proyecto se puede utilizar para alimentar un teléfono o cualquier otro dispositivo con alimentación USB en lugar de una placa raspberry pi, si ignora todas las partes de cada paso relacionadas con el monitor o cualquier variación del mismo, por lo tanto, conocer los conceptos básicos que se enseñan aquí es fundamental para cualquier mejora o modificación adicional.

Paso 2: Iniciar la construcción e imprimir las piezas

Ahora que comprende las operaciones electrónicas básicas de este proyecto, podemos comenzar nuestra construcción.

Este proyecto es principalmente electrónico, pero si quieres todo en un paquete ordenado o no tienes ciertas partes. Puede imprimirlos en 3D primero para que pueda concentrarse en los componentes electrónicos más adelante.

Si usó el monitor recomendado, puede usar este archivo para su arnés (incluido en el paso).

Si necesita un soporte de batería, puede consultar: https://www.thingiverse.com/thing:1823552. Puede seguir las instrucciones del creador, o puede perforar sus propios agujeros y usar tornillos, pernos y arandelas de m2 a m4 para sujetar sus celdas y cableado. Recuerde verificar sus conexiones y aislar todas las conexiones abiertas y tornillos conductores antes de continuar.

Paso 3: cableado de la batería

Antes de comenzar, asegúrese de tener todos los componentes requeridos y recuerde verificar si sus celdas 18650 son de voltaje y capacidad similares

Primero, agrupe sus baterías de iones de litio 18650 en pares y conecte cada par en serie formando un grupo de celdas.

A continuación, tome cada grupo de celdas y conecte cada uno de ellos en paralelo entre sí, y recuerde conectar un interruptor a una de las uniones paralelas (preferiblemente la primera o la última o en la salida de la batería).

Esto se ve en el diagrama de cableado anterior.

Recuerde nuevamente verificar sus conexiones y aislar todas las conexiones abiertas y tornillos conductores antes de continuar

Paso 4: Conexión de sus reguladores de voltaje

A continuación, conectaremos nuestros Reguladores de voltaje CC a CC a nuestra batería.

Primero, asegúrese de que el interruptor colocado en la batería como se muestra antes esté apagado antes de realizar el cableado para evitar daños a los componentes durante la calibración.

A continuación, conecte los terminales positivos de la batería al positivo de los convertidores reductor y elevador en paralelo.

A continuación, conecte el terminal negativo de la batería a los convertidores reductor y elevador en paralelo.

Esto se muestra arriba.

A continuación, encienda el interruptor y use un destornillador para ajustar las salidas de los convertidores boost y buck girando los potenciómetros de las placas.

El convertidor elevador alimentará la pantalla de 12 voltios y la salida debe estar calibrada para tener una salida de 12 voltios.

El convertidor Buck alimentará la Raspberry Pi. Como se mencionó anteriormente, cada placa tiene un requisito de corriente diferente. Configure el convertidor reductor a 5 voltios y configúrelo en modo USB (se puede hacer a través de la documentación incluida en el paquete del componente) y configure las regulaciones actuales en 1 amperio y calibre en base a la placa una vez que se conecte más adelante.

Paso 5: conecte su pantalla y Raspberry Pi

Después de la calibración de los reguladores de voltaje, podemos conectar nuestros dispositivos.

Primero, podemos conectar nuestro pin de barril a la salida del convertidor de refuerzo con la polarización adecuada y luego puede conectarlo a la pantalla.

A continuación, conecte su USB a la Raspberry Pi y luego conecte su HDMI desde su Raspberry Pi a la pantalla.

Ahora use un destornillador y ajuste el límite de corriente del convertidor reductor a un valor en el que la placa raspberry pi se encienda y arranque (puede variar de 1 a 4 amperios según la placa utilizada).

Aquí se puede usar un teléfono celular si se va a cargar un teléfono celular, en lugar de alimentar un raspberry pi. Solo asegúrese de que el amperaje al que limita el potenciómetro esté configurado de acuerdo con las especificaciones de su dispositivo.

Paso 6: Conclusión

Ahora la electrónica está lista y ahora puede atar todos sus cables y es hora de conectar el arnés de la pantalla LCD.

Puede colocar el convertidor elevador y el paquete de baterías para adaptarse a sus medios, ya sea con pegamento caliente o pernos y, si está utilizando el arnés impreso incluido, podrá:

1) Asegure todos los componentes con cinta adhesiva de doble cara, taladrando agujeros en el modelo impreso en 3D para que se adapten a sus componentes y asegurándolos con tornillos o con bridas, al modelo 3D

2) Retire el soporte de la pantalla de la parte inferior del monitor para exponer la ranura en la que se insertará el modelo.

3) Deslice la pestaña del soporte impreso en la ranura en la parte posterior del monitor desde la parte inferior, hasta que el soporte esté seguro.

4) Vuelva a atornillar el soporte para bloquear el soporte en su lugar y asegurar los componentes.

Paso 7: Conclusión

Ahora tiene una Raspberry Pi y una pantalla a batería, para seguir adelante, puede agregar un teclado inalámbrico y luego una cámara. También a través de este proyecto, ha profundizado su comprensión de la electrónica y cómo funcionan y se alimentan los elementos básicos que utiliza en su vida diaria, como las baterías y los teléfonos inteligentes.

Paso 8: Pasos futuros

Este proyecto se puede mejorar en el futuro mediante la adición de una carcasa impresa en 3D en la que todos los componentes existentes se pueden almacenar y proteger del entorno externo.

Además, se puede agregar un circuito de carga de batería integrado para cargar el dispositivo sin quitar las baterías y se pueden agregar más celdas para mejorar la vida útil de la batería.

Puede adaptar este proyecto a un banco de baterías o simplemente a una pantalla a batería y, en el futuro, también puede aumentar la capacidad de la batería y la salida de corriente de carga máxima conectando más grupos de celdas 2S 18650 en una configuración similar en paralelo con las celdas actuales.

Este proyecto se puede expandir aún más en una matriz de pantallas y raspberry pi a través de la expansión de los grupos de celdas de la batería y la repetición de cada paso dentro de este proyecto. Por lo tanto, este proyecto se puede utilizar como una columna vertebral en la que puede expandir su matriz de pantallas y Raspberry pi a batería.