Pi Box是一款集所有功能于一身的樹莓派4設置，結合了MIPI 5英寸顯示器和板載電源。

大家好，歡迎回來。這是一個便攜又有趣的東西。

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行Recalbox操作系統(tǒng)來玩游戲，但這個配置也可以作為運行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顯示屏結合使用，兩者都由我們?yōu)橹暗捻椖縿?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，我們準備了一個定制的Buck轉換器電路，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)橐郧暗捻椖縿?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才能運行;因此，我們設計了一個定制的Buck轉換電路，從電池組降壓11.1V，為Pi提供穩(wěn)定的5V 3A供電。

在設計方面，我們創(chuàng)造了一個盒子狀的外殼，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。為了改善設計的外觀，我們在前部和后部的左側增加了一個手柄狀的部分，并以兩種顏色印刷外殼，使整個設計具有雙色的氛圍。

該設備可以用作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。這個設備的一個用途是作為一個游戲模擬器站，是的，這個設置可以運行毀滅戰(zhàn)士。

本文是關于這個項目的整個構建過程，所以讓我們從構建開始。

材料要求

這些是在這個項目中使用的組件

?定制PCB (HQ NextPCB提供)

?樹莓派4型號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(來自以前的項目)

?12 v / 4一個適配器

?M3 HEX PCB支架

?M2螺絲

?雙色(白色和橙色)3D打印部件

?搖臂開關

樹莓派4和5“顯示器

我們在這個項目中使用的是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。

它具有四核1.8GHz處理器，高達8GB的RAM，并通過微hdmi端口支持雙4K顯示器，使其適合各種苛刻的應用。

它提供了出色的連接選項，包括千兆以太網(wǎng)，雙頻Wi-Fi和藍牙5.0，確保快速可靠的網(wǎng)絡連接。包含兩個USB 3.0端口和兩個USB 2.0端口，提供增強的數(shù)據(jù)傳輸能力。該機型還配備了先進的多媒體支持，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，屏幕關閉電流為100 mA。它的分辨率為800x480，并通過樹莓派DSI視頻接口連接。它支持多達5個觸點，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。

三維設計

本項目從模型的創(chuàng)建開始，首先在Fusion360中導入5英寸顯示器、樹莓派和電池組電路的模型。所有三個關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，這樣我們就可以從模型的左側訪問I/O。

電池電路位于樹莓派的后面。通過把這些組件安排在合適的位置，我們開始在它們周圍形成一個盒子狀的主體，顯示屏在前面，Pi在中間，電池組電路在后面。我們設計了這個模型，并將其分為兩個部分，前面的部分放置了顯示器、樹莓派和電源開關。電池組電路位于后半部分，也就是后部。

此外，我們設計了一個Pi支架部分，以保持樹莓派4在前面部分的位置。樹莓派4通過四個十六進制支架連接到這個Pi支架組件。

我們在兩邊都放了兩個把手，給模型一點工業(yè)元素，搖桿開關位于這兩個把手之間。

此外，為了給模型的美學帶來雙色的感覺，我們只打印了兩種顏色，PLA，白色和橙色。

電池組電路

對于電源，我們使用我們以前創(chuàng)建的一個舊項目的電池組電路板。

我們基本上有一個電路，包括一個BMS(電池管理系統(tǒng))電路，連接到三個鋰電池支架。還有一個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11.1V 3S鋰電池電池組，我們需要一個Buck轉換器板，它可以將11.1V降至穩(wěn)定的5V，以運行樹莓派和顯示。

為了解決這個問題，我們選擇了一個Buck轉換器設置，其中包括IP6505 IC，一個帶集成同步開關的降壓轉換器，能夠處理高達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)公認的快速充電協(xié)議自動調節(jié)電壓和電流，提供高達24W的輸出功率，對于我們的樹莓派4和顯示設置來說已經(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

PCB設計完成后，我們導出Gerber數(shù)據(jù)，發(fā)送給HQ NextPCB取樣。

Gerber數(shù)據(jù)發(fā)送到HQ NextPCB，并訂購了白色屏幕的綠色阻焊PCB。

下訂單后，PCB在一周內收到，PCB質量非常好。

另外，我要把HQDFM帶給你，它在很多項目中給了我很大的幫助。華秋的內部工程師開發(fā)了免費的制造設計軟件HQDFM，徹底改變了PCB設計師如何可視化和驗證他們的設計。

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此外，NextPCB有自己的Gerber Viewer和DFM分析軟件。

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電源模塊裝配流程

這個項目的PCB組裝過程開始于用錫膏點焊針將錫膏涂在每個組件板上。我們用的是63/37 Sn-Pb錫膏。

接下來，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，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

我們通過將四個十六進制M3 PCB支架連接到Pi 4的四個安裝孔開始組裝過程。我們用了四個6.7毫米長的六進制木樁。

接下來，我們將Pi持有人部分安裝到Pi 4使用M3僵局的底部。

前車身準備

為了提高設計的美觀性，我們創(chuàng)建了兩個附加部件：一條用橙色PLA打印的線并放置在正面，以及一個用兩種顏色打印的銘牌并放置在前機身的頂部。

我們在3D打印線的底部涂上強力膠，然后將其放置在車身前部。

然后將強力膠涂在Pi Box銘牌的背面，然后將其放在前機身的頂部。

前車身與顯示器和Pi4組件

我們現(xiàn)在開始前部分的組裝程序，滑動5英寸顯示屏內的前車身部分。為了保持固定，我們使用熱熔膠將屏幕粘在機身上。

我們按照正確的順序將FPC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放置在前機身內，并使用四個M2螺釘擰緊Pi支架和定位在機身內的螺釘座。

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端子連接到電源模塊的Vout和GND端子。

接下來，JST線束連接器通過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

我們先定位搖桿開關，然后將電源模塊的GND端子連接到搖桿開關的NC上，開始電源前部的組裝過程。

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關的NO端子。附加在NO端子上的額外導線將連接到電池組的GND;開關將作為電源模塊和電池組電路之間的斷開。

搖桿開關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關端子。

我們將VIN和GND線連接到電池組電路的VCC和GND端子。

總裝

最后的組裝過程開始于將電池組電路放入后部。

電池組電路隨后用兩個M2螺釘固定到位，將其放入后部的螺釘凸臺中。

然后我們將前部分放在后部分的頂部，其次是設備底部的底座支架。然后用4個M2螺釘固定。這個基礎持有人部分連接前面和后面的部分從底部。

我們將兩個M2螺釘分別放在左右面，將兩個組件永久固定在一起，完成組裝過程。

Recabox操作系統(tǒng)

我們目前使用的是RecalBox操作系統(tǒng)，這是一款復古游戲模擬操作系統(tǒng)，支持大量以前的游戲機，包括GameCube、PS1、PS2和Xbox。

Recalbox操作系統(tǒng)使用簡單，預裝了大量免費游戲。

此外，它結構緊湊，可以在低端樹莓派電腦上高效運行，非常適合直接使用SD卡操作的派4。

安裝過程很簡單：

我們下載并安裝了Raspberry Pi Imager，一個類似于Etcher或Rufus的成像工具應用程序。它包括一個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USB。

接下來，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程，我們只需在Pi4上安裝SD卡并通電即可;第一次啟動將額外花費2-3分鐘。

結論

這是這個小構建的最終結果：一個工作的迷你樹莓派PC或控制臺。因為這款設備介于迷你PC和主機之間，所以很難為它定義一個特定的用例;目前，我們正在利用Recalbox OS將其用作復古游戲模擬站。由于Raspberry Pi 4，這個設置也可以運行DOOM。

使用樹莓派4的藍牙，我們可以連接我們的控制器玩游戲或連接任何設備，如鍵盤，使用USB端口。

由于內置的電池組，我們可以把Pi BOX帶到任何地方。該設備的備用時間超過一個半小時，考慮到所使用的電池組，這是足夠的，因為我們只是選擇了一個3S電池組。也許在未來的版本中，我們會在這個設計中添加一個更大容量的電池組，讓它可以持續(xù)使用一整天。

本文編譯自hackster.io